Автореферат Курбановой Л.С.


УДК 669.712.2; 661. 862. 32; 628.335                                На правах рукописи

 

 

 

 

 

КУРБАНОВА ЛАУРА СЕРИКОВНА

 

 

 

Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду использованием для очистки природных и

сточных вод коагулянта из некондиционного

боксита

 

 

 

 

 

25.00.36 – Геоэкология

 

 

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание  ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2009

Работа выполнена в Республиканском государственном предприятии           «Казахский национальный технический  университет имени К.И. Сатпаева»

 

Научные руководители:                                          

 доктор технических наук

 профессор Нуркеев С.С

 

кандидат технических наук

доцент Мусина У.Ш.

 

 

 

 

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор Тлебаев М.Б. 

 

 

кандидат технических наук

Бекбасаров Ш.Ш.

 

 

 

 

.

 

 

 

Ведущая организация:   Таразский государственный университет

        им. М.Х Дулати

 

 

Защита состоится  «20» марта 2009 года в 1400  часов на заседании  диссертационного совета  Д 14.15.07 при Казахском национальном техническом  университете имени К.И. Сатпаева  по адресу: 050013, г.Алматы, ул. Сатпаева 22, корпус НК, конф.зал.

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КазНТУ  имени              К.И. Сатпаева

 

 

 

Автореферат  разослан «___»   февраля 2009 г.

 

 

 

 

Ученый секретарь  диссертационного совета

кандидат технических наук, проф.                                         Шейх-Али Д.М.

ВВЕДЕНИЕ

 

Общая характеристика работы. Выполненная работа представляет собой теоретически обоснованное исследование по снижению экологической нагрузки на окружающую среду путем разработки технологии получения нового коагулянта из некондиционных краснооктябрьских бокситов для очистки природных (поверхностных и подземных) и сточных вод различных отраслей промышленности.

Получение и применение предлагаемого коагулянта позволит не только повысить эффект очистки природных и сточных вод, улучшить экологическую обстановку района добычи боксита, уменьшить площади для размещения и хранения некондиционного сырья на территории природно-промышленного комплекса, но и снизить его дефицит. Кроме этого позволит предотвратить ущерб окружающей среде при очистке в результате коагуляции природных и сточных вод, содержащих взвешенные вещества, катионы тяжелых металлов, нефтепродукты, радиоактивные вещества и др., а также для утилизации ценных примесных металлов.

В работе рассмотрены оценка воздействия предприятия по добыче боксита на окружающую среду, характеристика сырья, даны результаты исследований по разложению боксита серной кислотой, по очистке природной и сточной воды полученным коагулянтом, а также эколого-экономическая оценка предлагаемых решений.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР МОН РК в соответствии с программой  «Научно-технологическое обеспечение развития  промышленности РК» на 2002–2006 гг. по теме «Разработка, создание пилотной установки и освоение технологии получения и применения алюможелезистого коагулянта из бокситов» № гос. регистрации 0206РК00587.

Актуальность проблемы. В соответствии с Экологическим кодексом Республики Казахстан «экологическими основами устойчивого развития Республики Казахстан также являются: обеспечение и реализация права РК на разработку своих природных ресурсов и отстаивание национальных интересов в вопросах использования природных ресурсов и снижение воздействия на окружающую среду. Цель может быть достигнута при условии решений социально-экономических и экологических задач». В этом аспекте одна из важных экологических проблем Казахстана – недостаточно качественная очистка природных (в том числе питьевых) и сточных вод, причиной которой является дефицит основного, обязательного реагента в технологии очистки воды – коагулянта. Без коагуляции фактически невозможно обесцвечивать и снижать мутность воды до пределов, предписываемых действующим стандартом качества воды.

В настоящее время производство коагулянтов в Казахстане практически отсутствует, в ближайших соседних государствах ограничено, а дефицит восполняется за счет импорта российских коагулянтов недостаточно широкого ассортимента.

Основными потребителями коагулянтов являются: коммунальное хозяйство; целлюлозно-бумажная промышленность; производство синтетических волокон;  производство пигментов; кожевенное; текстильное; нефтедобывающая, машиностроительная, энергетическая, металлургическая и другие отрасли промышленности.

Традиционно используемый для цветных и мутных вод при рН 5–7,5 коагулянт – сульфат алюминия достаточно дорогой, неэффективен при температуре воды +11 0С и во время па­водков. Один из главных его недостатков – значительные количества остаточного алюминия в очищенной воде.

На отечественных заводах производится сульфат алюминия только на ОАО «Алюминий Казахстана» из чистого гидрата алюминия, что увеличивает его себестоимость (21750 тенге/т, 2003 г.) и не восполняет дефицит (потребность удовлетворяется лишь на 50–60 %). Так, дефицит этого коагулянта в Казахстане на 2003 год составлял порядка 4 тыс. тонн в год. В настоящее время – более 12 тыс.т. в год. Поэтому коагулянты с модифицированными свойствами из дешевого сырья необходимы стране и могут быть произведены по предлагаемой в данной работе технологии, себестоимость которых в 1,5–2,0 раза ниже традиционных сульфата алюминия и сульфата железа.

Идея работы состоит в рациональном использовании некондиционного алюминийсодержащего сырья, теоретическом обосновании сернокислотного разложения боксита с получением коагулянта для очистки и обезвреживания природных и промышленных сточных вод.

Цель диссертационной работы заключается в разработке экологически чистой технологии получения смешанного сульфатного алюмо-железо-кремнистого коагулянта из некондиционного боксита Краснооктябрьского месторождения для очистки природных и сточных вод.

Для решения поставленной цели определены основные задачи:

1) изучить экологическую обстановку месторождения добычи боксита, физико-химические свойства некондиционного боксита;

2) с целью утилизации краснооктябрьского некондиционного боксита выполнить физико-химические исследования процесса его разложения серной  кислотой для  максимального извлечения Al2O3, Fe2O3 и  SiO2;

3) получить модель процесса разложения боксита раствором серной кис-лоты с последующим кинетическим анализом обобщенного уравнения;

4) изучить процессы очистки воды дозированием реагентов в системе ССАЖКК–СаО–Cl2; ССАЖКК–Н2SO4Cl2 с построением изотермических разре-зов и триангулярных диаграмм седиментации, цветности, мутности системы «коагулянт – взвешенные вещества – окрашивающие вещества».

5) разработать технологические основы и параметры получения смешан-ного сульфатного алюмо-железо-кремниевого коагулянта (ССАЖКК), примене-ние которого позволяет повысить эффективность очистки сточных вод.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- обобщенная функция, описывающая влияние на степень извлечения алюминия, железа и кремния температуры, продолжительности, соотношения Ж:Т, концентрации серной кислоты, с последующей оптимизацией технологических параметров процесса утилизации некондиционного боксита с получением экологичного коагулянта, обладающего улучшенными коагулирующими свойства-ми в различных водных средах;

- закономерности влияния независимых факторов (температуры, продолжительности процесса, соотношения Ж:Т, концентрации кислоты) на степень очистки и обезвреживания природных и промышленных сточных вод с целью достижения экологической эффективности процесса;

- результаты экологически эффективной очистки природных и сточных вод на основании триангулярных диаграмм состав – свойство систем ССАЖКК – СаО Cl2; ССАЖКК – H2SO4 Cl2 с построением изотермических разрезов «коагулянт – взвешенные вещества», «коагулянт – окрашивающие вещества» и «окрашивающие вещества – взвешенные вещества».

Научная новизна заключается в следующем:

- впервые установлены закономерности влияния различных факторов на степень извлечения  алюминия, железа и кремния из некондиционного боксита, с получением обобщенного уравнения на основе частных функций; анализ математической модели позволил оптимизировать и экологизировать процесс разложения боксита серной кислотой: температура 110–130 0С, продол-жительность 30–40 мин, концентрация серной кислоты 60 %, Ж : Т = 2:1; степень извлечения в этих условиях Al2O3 = 97 %, Fe2O3  = 93 %, SiO2 =87 %.

- методом диаграммного анализа получены диаграммы состав-свойство систем ССАЖКК – H2SO4 Cl2; ССАЖКК – СаО Cl2 с построением изотермического разреза по изолиниям степени очистки природных и сточных вод от взвешенных частиц, окрашивающих веществ и седиментации при 20 0С; установлено изменение степени очистки коагулянта и реагентов в зависимости от их дозировок для повышения экологической эффективности очистки;

- разработаны экологически ориентированные основы получения смешан-ного сульфатного алюмо-железо-кремниевого коагулянта для очистки и обезвреживания природных и сточных вод от взвешенных и окрашивающих веществ.

Методы исследования. В диссертационной работе  использованы  методы  планирования технологического эксперимента, методы химического и физико-химического инструментального анализа: рентгенофазового (РФА), корреляционного анализа и симплекс-решетчатого планирования  взаимодействия в многокомпонентных системах с построением диаграммы состав – свойство.

Достоверность научных положений  и выводов подтверждена:

- использованием методов объемного титрования, РФА, ИК-спектро-скопии, дериватографии для идентификации фаз;

- расчетом коэффициента корреляции и критерия значимости tR при определении адекватности уравнений, описывающего процесс разложения боксита серной кислотой;

- воспроизводимостью экспериментальных значений в контрольных точках диаграммы.

Научное значение  работы заключается в получении на основе частных функций обобщенных уравнений, описывающих влияние отдельных факторов на степень извлечения алюминия, железа и кремния из боксита; в построении методом симплекс–решетчатого планирования экспериментов в системе ССАЖКК – СаО Cl2, ССАЖКК – H2SO4 Cl2  диаграмм  состав – свойство  по изолиниям седиментации и степени очистки воды коагуляцией от взвешенных веществ, цветности, где в качестве добавок, интенсифицирующих в той или иной мере ход процесса очистки использованы СаО и Cl2.

Практическая ценность заключается в том, что разработана технология, представляющая собой вариант решения проблемы утилизации некондиционного боксита – как сырья для получения смешанного сульфатного алюмо-железо-кремниевого коагулянта, используемого для очистки природной и сточной воды, обладающего заданными физико-химическими свойствами. Изученные триангулярные диаграммы позволяют наглядно иллюстрировать наличие экстремальной области в процессе очистки воды. Этому экстремуму отвечает минимальное время течения процесса и наименьшая цветность.

Получены положительные решения на 2 заявки на патенты: Способ получения неорганического коагулянта из боксита № 0868.1/2006; Способ получения неорганического коагулянта-флокулянта из боксита № 0971.1/2006.

Личный вклад автора состоит: в проведении экспериментов кислотного разложения боксита; проведении химического анализа содержания алюминия, железа, кремния, свободной серной кислоты в коагулянте и нерастворимого остатка объемным способом; обобщении и интерпретации лабораторных результатов по извлечению алюминия, железа и кремния в системе Al2O3 Fe2O3 H2SO4, разработке метода моделирования процесса очистки природной и сточной воды с оптимизацией технологических параметров дозированием интенсифицирующих добавок.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на международных конференциях «Молодые ученые к 10-летию независимости Казахстана» (Алматы, 2001 г.);  посвященной А.Б. Бектурову (Алматы, ИХН АН РК, 2002 г.); «Инженерная наука на рубеже ХХІ веке» (Алматы, 2002 г.); VVII Международных конференциях «Новое в охране труда, окружающей среды и в защите от чрезвычайных ситуаций» (Алматы, 2002, 2004, 2005 гг.); посвященной 100-летию со дня рождения А.И. Лайнера и 75-летию кафедры «Металлургии легких металлов» (Москва: МИСиС, 2004 г., 2005 г.); II международной  конференции «Горное дело и металлургия  в Казахстане. Состояние и перспективы» (Алматы: КазНТУ, 2006 г.).

Реализация основных результатов. Основные результаты диссертации включены в лекционные материалы по дисциплине «Производство реагентов для очистки природных и сточных вод» для специальности «Прикладная экология». Технология получения смешанного сульфатного алюмо-железо-кремние-вого коагулянта (ССАЖКК) рекомендована к внедрению на предприятиях глиноземной промышленности, а также для включения в программмы курсов по «Геоэкологии», «Промышленной экологии» в технических вузах.

Публикации. Основные научные результаты кандидатской диссертации опубликованы в 18 научных трудах, 7 из них в изданиях, перечень которых утвержден Комитетом по надзору и аттестации в сфере образования и науки МОН РК, 11 – в материалах международных научных конференций, 2 – получены положительные решения на патенты.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена  на 116 страницах компьютерного текста, содержит введение, 4 раздела, выводы по разделам, заключение, список использованных источников из 100 наименова-ний, 28 рисунков, 34 таблицы, приложения.

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1 Анализ воздействия Краснооктябрьского месторождения на окружающую среду и способы переработки некондиционного боксита сернокислотным способом

В первом разделе выполнен анализ воздействия Краснооктябрьского  месторождения на окружающую среду. Сырьевой базой АО «Алюминий Казахстана» является Краснооктябрьское бокситовое рудоуправление (КБРУ), расположенное в Костанайской области.  В состав предприятия входит пять производственных площадок, один из которых – № 2 Красногорский горный участок, сырье которого использовано нами для разработки технологии получения коагулянта. В группу геотехногенных руд алюминия относятся: вскрышные и рыхлые отложения; скальный известняк; краснооктябрьские бокситы с высоким содержанием углерода, извлеченные и складируемые на территории предприятия. Способ снижения воздействия на компоненты окружающей среды – размещение во внутренних отвалах, рекультивация отвалов, внедрение технологий переработки техногенного сырья.  В результате отработки карьера 6 (данные 2006 г.): погашенных запасов 6323,44 тыс.т; добытой руды 6323,44 тыс.т; потерянных запасов 283,8 тыс.т; примешиваемых пород 283,8 тыс.т. Горная масса, добываемая в карьере, состоит из пород вскрыши и боксита, в том числе: вскрыша – 86100 тыс.м3; боксит – 6323,44 тыс.т.

Выполнен анализ способов переработки некондиционного боксита сернокислотным способом. Боксит содержит высокое содержание железа в виде сидерита и кремний. Главным глиноземсодержащим минералом бокситов является гиббсит, содержание которого в бокситах колеблется в широких пределах и составляет 30–80 % в зависимости от типа руды. Каолинит – основной кремнийсодержащий минерал составляет 10–30 %. Количество сидерита чаще всего составляет 1–12 %, реже достигает 21–25%. Содержание титана в краснооктябрьских бокситах не превышает 2,5 %.

Отобранная партия боксита имела следующий химический состав, %: Al2O3  42,31; Fe2O3(общ)  5,58; FeO 1,93; SiO2 22,52; CaO 1,96; MgO 0,60; TiO2 0,40; CO2 1,10; Sc  0,0055; Ga 0,0042; п.п.п. 25,50; остальное  0,5.

Выполнен анализ способов получения коагулянтов из алюминий содержа-щего сырья сернокислотным способом.

Самым распространенным коагулянтом является сульфат алюминия, получаемый разложением серной кислотой чистых химических соединений, на-пример, гидрата алюминия–полупродукта глиноземного производства. Такой сульфат алюминия соответствует ГОСТу, но себестоимость его высокая, коа-гулянт плохо работает при температурах +11оС и ниже.

В настоящее время разработано множество способов получения коагулянтов из алюминийсодержащего сырья и техногенных отходов: бокситов, нефелиновых сиенитов, каолинов, алунитов; зол ТЭС, вскрышных глинистых пород, золы; красного шлама глиноземного производства и др.

Из всех кислотных способов наибольшее предпочтение исследователи отдают сернокислотному разложению сырья, что связано с недефицитностью серной кислоты, получаемой из улавливаемой SO2 отходящих газов крупных производств. Однако ассортимент коагулянтов беден ввиду ограничения в своем составе содержания примесей железа и кремния.

Известны многочисленные способы реагентной коагуляции природных и сточных вод с применением чистых солей алюминия и железа и их механических смесей. Практически мало изучены смешанные коагулянты, представляющие собой неочищенные от примесей соли алюминия. Ассортимент выпускаемых отечественной промышленностью коагулянтов включает лишь очищенный сернокислый алюминий в твердом виде и в растворе, получаемый из Al(OН)3 .

 

2 Оптимизация процесса получения смешанного сульфатного

            алюмо-железо-кремниевого коагулянта

 

Во втором разделе изучены условия получения смешанного сульфатного алюмо-железо-кремниевого коагулянта (ССАЖКК) – дано теоретическое обоснование получения смешанного коагулянта, который позволяет расширить диапазон действия как по температуре, так и по рН среды. В этом смысле кремниевый коагулянт так же, как и современные полиоксихлориды алюминия можно применять без флокулянта.

Известно, что в качестве неорганических флокулянтов используют активную кремнекислоту (АК), которая улучшает качество обработанной воды, расширяет область рН и снижает дозу основного реагента-коагулянта. АК можно получить в результате кислотного разложения алюмосиликатов, входящих в состав изучаемого нами сырья – боксита.

Термодинамический анализ уравнений реакций показал, что разложение основных минералов боксита целесообразно проводить при температурах до 100 ºС. Однако, повышение температуры выше 100 ºС благоприятно для выделения в раствор кремния, который придает коагулянту дополнительно флокулирующие свойства.

Для оптимизации процесса разложения боксита использовано математическое планирование эксперимента. Факторы: Х1 – температура  выщелачивания, 0С; Х2 – продолжительность процесса, мин; Х3 – концентрация серной кислоты, %; Х4 – массовое отношение, Т:Ж. В качестве выходного параметра процесса была выбрана степень извлечения Al2O3, Fe2O3 и SiO2.

На основании кривых рисунков 2.1–2.4 получены частные зависимости описывающие влияние отдельных факторов на извлечение Al2O3, Fe2O3 и SiO2 и обобщенные уравнения, описывающие влияние всех факторов на извлечение компонентов при выщелачивании серной кислотой боксита.

 

Рис.2.1-Частные зависимости влияния температуры процесса разложения на степень извлечения Al2O3, Fe2O3, SiO2

 

Рис.2.2-Частные зависимости влияния продолжительности процесса разложения на степень извлечения Al2O3, Fe2O3, SiO2

 

 

 

Рис. 2.3 - Частные зависимости концентрации кислоты на степень извлечения Al2O3, Fe2O3, SiO2

 

Рис. 2.4 - Частные зависимости влияния массового отношения Ж:Т на степень извлечения Al2O3, Fe2O3, SiO2

Получены обобщенные уравнения:

                         (1)

                          (2)

               (3)

Таким образом, максимальное извлечение Al2O3, Fe2O3 и SiO2 будет происходить при температурах 110–130 0С, продолжительности экспозиции 30–50 минут, концентрации серной кислоты 60 %, дозировке кислоты – 95 % от стехиометрии; Ж : Т = 1,5:1 – 2:1.

 

3 Физико-химические исследования свойств коагулянта ССАЖКК

Третий раздел посвящен изучению физико-химических свойств коагулянта. По данным спектрального полуколичественного анализа содержание микрокомпонентов в коагулянте ССАЖКК находится на уровне фоновых значений.

Суммарная a-активность пробы ССАЖКК по данным радиохимического анализа 6,51×10-12 Ки/г. Продукт не радиоактивен.

Выполнены исследования осветляющей и обесцвечивающей способности коагулянта ССАЖКК при различных дозировках, рН, температурных интервалах на модельных растворах. Исследовалось три типа сточных вод: сточная вода химического производства (проба 1); сточная вода после очистных сооружений (проба 2); хоз-бытовая сточная вода, содержащая в своем составе помимо взвешенных и органических веществ, также тяжелые металлы (проба 3).

Выполнены кинетические исследования осветления промышленной сточной воды без очистки, промышленной после очистных сооружений и хоз-бытовой сточной воды без введения коагулянта. По распределению частиц по классам крупности судили о способности сточных вод к самоосветлению.

В таблицах 3.13.3 представлены результаты химического анализа сточных вод до и после коагуляции различными коагулянтами.

Таблица 3.1 - Результаты химического анализа сточных вод (проба № 1)

Коа-гулянт

Взв. мг/л

/

рН

Катионы мг/л, мг×экв/л

Анионы мг/л, мг×экв/л

Жестк. общ.,

мг.экв/л

сух.ост. мг/л

Вредные вещества, мг/л

Расход,

мг/л

Na++K+

Ca2+

Mg2+

Cl-

SO2-4

CO2-3

HCO-3

Fe

Al

Cu

Mo

As

Zn

Исходная вода

315,6

8,67

-

5,5

1092

0,10

0,022

0,20

0,021

0,0103

 

0,002

ССАЖКК

20 мг/л

57

7,52

5,6

1145

0,32

0,32

0,01

0,020

0,008

0,002

Al2(SO4)3×

18H2O 30 мг/л

59

7,47

5,2

1070

0,13

0,60

0,011

0,021

-

0,002

 

Проба 1 (промышленная сточная вода химического производства до очистных сооружений) содержит взвеси крупностью 10–5 мкм. За 3 часа осветление воды происходит на 78,9–81 %, через 24 ч – 84–97 %.

Проба 2 (сточная вода после очистных сооружений), представленная на 57,86 % частицами крупностью 10–5  мкм и на 36,76 % – крупностью 0,5 мкм осветляется за первые 30 мин на 50,2 %, после чего происходит снижение скорости осветления и за 24 ч отстаивания осаждение взвесей на 62,53 %.

Как видно, ССАЖКК работает лучше чем FeSO4×7H2O и FeCl3 и не уступает традиционному сульфату алюминия Al(SO4)3.

Таблица 3.2 - Результаты химического анализа сточных вод (проба № 2)

Коагулянт

Взв.  мг/л

 / рН

Катионы мг/л, мг×экв/л

Анионы мг/л, мг×экв/л

Жест.общ. мг.экв/л

/сух. ост, мг/л

Вредные вещества, мг/л

Расход, мг/л

Na++K+

Ca2+

Mg2+

Cl-

SO2-4

HCO-3

Fe

Al

Cu

Mo

As

Zn

Исходная вода

106,8

7,21

4,5

976

0,040

0,04

0,052

0,012

0,094

0,006

FeSO4×

7H2O 5мг/л

51,0

7,3

5,2

1025

0,11

0,02

0,033

0,020

0,08

0,07

FeCl3 40 мг/л

40,0

7,15

5,1

1006

0,006

0,04

0,034

0,005

0,08

0,06

ССАЖКК 20 мг/л

53,0

7,3

5,0

1015

0,006

0,03

0,025

0,010

-

0,06

Al2(SO4)3×

18H2O 30 мг/л

44,0

7,30

5,0

1012

0,004

0,06

0,031

0,002

0,098

0,05

 
Таблица 3.3 - Результаты химического анализа сточных вод (проба № 3)

Коагулянт

Взв.  мг/л

/

рН

Катионы мг/л, мг×экв/л

Анионы мг/л, мг×экв/л

Жес.общ

мг.экв/л

/сух. ост, мг/л

Вредные

вещества, мг/л

Расход, мг/л

Na++K+

Ca2+

Mg2+

Cl-

SO2-4

HCO-3

Fe

Al

Cu

Mo

As

Исходная вода

78,6

7,53

5,6

1386

0,02

0,035

0,01

0,031

0,083

FeSO4×7H2O 5мг/л

48,0

7,75

6,2

1393

0,018

0,039

0,01

-

-

FeCl3

40 мг/л

4,3

7,59

6,2

1389

-

0,05

0,01

0,010

0,020

ССАЖКК

20 мг/л

3,2

7,61

6,5

1316

-

0,21

0,01

-

0,09

Al2(SO4)3×

18H2O

30 мг/л

2,4

7,52

6,5

1371

-

-

0,01

0,007

0,067

Экспериментальные исследования также показали, что по мере увеличения дозировки коагулянта в сточные воды (пробы 1, 2, 3) остаточные концентрации взвешенных частиц заметно снижаются.

Хозбытовая сточная вода (проба 3) имеет взвешенные вещества на 94,46 % представленные частицами крупностью от 5 мкм и выше. Стоки осветляются практически за 1 час до 94,46 %. Осветление воды за 24 часа составляет 97,0 %.

По результатам химического анализа сточных вод видно, что применение ССАЖКК не только осветляет воду от взвесей, но так же снижает общую минерализацию, карбонатную жесткость, натрий-калиевое засоление.

Анализ полученных данных показывает, что коагулянт ССАЖКК, при правильно подобранной дозе, не уступает по коагулирующим свойствам сульфату алюминия.

Исследование кинетики осветления сточных вод при использовании коагулянтов. Для определения скорости осветления исследуемых сточных вод с коагулянтами использовали стандартный метод.

Наиболее четко коагулирующая способность ССАЖКК проявляется при осветлении вод, содержащих трудноосветляемые взвеси с крупностью частиц 31 мкм (проба 2). Для взвесей, содержащих частицы крупностью 103 мкм ССАЖКК значительно ускоряет процесс механического осветления (проба 1).

Для хозбытовой сточной воды (проба 3), имеющей высокую скорость самоосветления ССАЖКК применялся с целью химической очистки воды.

В пробах 1 и 3 после применения ССАЖКК произошла очистка воды от примесей Zn, Cu, As, Pb. Коагулянт обладает способностью умягчать воду, снижать карбонатную жесткость, натрий-калиевое засоление.

Для изучения влияния различных факторов на процесс осветления и обесцвечивания, установления оптимальных областей коагуляции, соотношения реагентов, эффективно применить триангулярные диаграммы. Было изучено три типа триангулярных диаграмм: «коагулянт – взвешенные вещества (мутность) – окрашенные вещества (цветность воды)»; влияние добавок хлора и извести на процесс коагуляционной очистки воды; влияние добавок хлора и серной кислоты на процесс коагуляционной очистки.

Очистка модельной воды от взвешенных и окрашенных веществ новым коагулянтом ССАЖКК. Для исследований нами использовался модельный раствор, содержащий гумусовые и взвешенные вещества, приготовленный на питьевой воде г.Алматы. Исходная цветность модельной воды составляла 65 градусов, щелочной резерв 1,9 мг-экв/л, мутность – 1,7  мг/дм3 и рН = 7,5. Цветность очищенной воды при дозировках 38 мг/л и более достигает значений ниже 20 градусов.

Влияние добавок-интенсификаторов – серной кислоты и активного хлора – на процесс коагуляционной очистки хоз-бытовых сточных вод. Триангулярную диаграмму «состав – свойство» коагулянта-флокулянта изучали на хоз-бытовой сточной воде состава,: щелочность общая 4,7 мг-экв/л;  рН 7,3; взвешенные вещества 92,3; ХПК 173 мг О2/л; БПК5  90,0 мг О2/л; окисляемость перманганатная 26,6 мг/О2; азот органический 8,0 мг/л;  кремнекислота 8,6 мг/л; фосфаты 5,02 мг/л; железо общее 1,02 мг/л; алюминия 0,21 мг/л; СПАВ 1,0 мг/л; активный хлор 4,4 мг/л.

Исследования проводили с использованием метода математического планирования эксперимента уравнений регрессии. Метод описывает процесс удаления органических примесей, взвешенных веществ и общего содержания железа в зависимости от расхода коагулянтов; расхода интенсифицирующих добавок (серной кислоты и активного хлора) при коагуляции хоз-бытовой сточной воды коагулянтом-флокулянтом. Эффективность коагуляции оценивали по величине ХПК осветленной воды, а также общего содержания ионов алюминия, железа и взвешенных веществ.

Для решения задач с использованием диаграмм состав-свойство применяются симплекс-решетчатые планы Шеффе.

Цель триангулярного исследования – изучение эффективности снижения: органических примесей хоз-бытовых сточных вод (У1,%); взвешенных веществ (У2, мг/кг); общего содержания ионов железа (У3, мг/кг) от состава  вводимых компонентов, мг-экв/кг: H2SO4X1, коагулянт ССАЖКК – X2; Cl2  X3.

Получены уравнения регрессии в исходных координатах

(5)

(6)

   (7)

На рисунке 3.1,б показаны изолинии эффективности снижений примесей в воде для различных соотношений вводимых реагентов с использованием компьютерной программы MATLAB–7.2 и TRIANGLE–1, обработавшие полученные уравнения (3.5)–(3.7) и построившие искомые изолинии локальных участков триангулярной диаграммы.

Как видно из диаграммы, оптимальные значения расходов коагулянта ССАЖКК и добавок-интенсификаторов лежат в области пересечений (темный кружок) и составляют: ССАЖКК 1,01,3; Н2SО4 0,2–0,25; Сl2 0,3–0,4.

 

         Коагулянт ССАЖКК

H2SO4Cl2

 

Рис. 3.1 - Триангулярная диаграмма «ССАЖКК – серная кислота – активный хлор»: область  оптимальных параме-тров процесса коагуляции

 

Влияние добавок-интенсификаторов СаО и активного хлора на процесс коагуляционной очистки хоз-бытовых сточных вод. Для увеличения щелочного резерва (щелочности) воды проводят ее известкование, нейтрализующее выделяющуюся при гидролизе кислоту.

При значительном содержании органических загрязнений коагуляция протекает неудовлетворительно и расход коагулянта значительно возрастает, поэтому одновременно с коагулянтами в воду вводят хлор (прехлорирование), что разрушает органические вещества и улучшает очистку воды.

С помощью матпланирования эксперимента получены уравнения регрес-сии, описывающие процесс очистки сточной воды от органических примесей, взвешенных веществ и ионов железа в зависимости от дозы коагулянта ССАЖКК и интенсифицирующих добавок (известь и активный хлор). Опыты проводились с использованием симплекс-решетчатых планов Шеффе. Об эффективности очистки сточной воды от органических примесей судили по показателям в зависимости от состава вводимых компонентов (мг-экв/кг) CaOX1, коагулянт ССАЖКК X2, Cl2 X3: ХПК (У1, %); взвешенным веществам (У2, мг/кг); общему содержанию ионов железа (У3, мг/кг) (рисунок 3.2).

коагулянт ССАЖКК

CaOCl2

 

 

 

Рис 3.2. - Триангулярная диаграмма коагулянт– известь–хлор для очистки хоз-бытовой сточной воды

Получены уравнения регрессии в исходных координатах

 (16)

(17)

 (18)

Компьютерные программы MATLAB-7.2 и TRIANGLE-1 позволили с использованием уравнений найти исходные значения аргументов во всей области исследуемых участков триангулярных диаграмм и построить изолинии эффективности очистки воды от органических примесей, железа и взвешенных веществ для различных соотношений вводимых реагентов. Оптимальные значения расходов коагулянтов и добавок-интенсификаторов: для коагулянта ССАЖКК  – 0,3; CaO7,0 и  Cl2 – 0,4 мг-экв/л.

 

4 Технологические исследования, укрупненные испытания и экологическая оценка схем получения и применения коагулянта ССАЖКК для очистки сточной воды

Четвертая глава включает лабораторные и укрупненные испытания технологии; обоснование технологической схемы и технико-экономическую и экологическую оценку технологий получения и применения коагулянта.

Технологические параметры: концентрация H2SO4 – 60 %;  расход кислоты – 95 % от стехиометрически необходимого; температура сернокислого разложения – 110-130°С;  продолжительность процесса – 30-50 мин; степень извлече-ния оксида алюминия в твердую фазу составляет 97 %.

Аппаратурно-технологическая схема пилотной установки представлена на рисунке 4.1. Бокситы с крупностью кусков до 300 мм подвергались дроблению до 25 мм и измельчению до 0,15 мм в шаровой мельнице (1), куда подается вода из соотношения Ж:Т = 1,5:1. Пульпа из емкости (2) подается насосами через разгрузочный бак (2) на разложение в реактор (4). Сюда же поступает концентрированная (92 %) серная кислота из напорной емкости (3). Серно-кислотное разложение осуществляется при температуре 100–110 0С в течении 30-50 мин. Полученный плав толщиной слоя 10–20 мм охлаждался на ленточном кристаллизаторе (6). Стоки от мойки реактора разложения и конденсат собираются в баке (8), откуда поступают в реактор разложения и на приготовление исходной пульпы в емкость (2).

Для предотвращения выбросов паров серной кислоты в атмосферу, отходящие из реактора разложения пары и газы, а также весь объем воздуха, отсасываемого из кожуха кристаллизатора и напорного бака серной кислоты направляются на газоочистку (9,10). При этом пары серной кислоты поглощаются слабым щелочным раствором с рН 8-8,5. Дробленый коагулянт упаковывается в бумажные мешки или другую тару, допустимую техническими условиями.

Проведена экологическая оценка технологии производства коагулянта ССАЖКК. Одним из важных показателей экологичности технологий является технико-экономическая оценка производства ССАЖКК.

Мощность производства коагулянта принята 4 тыс. тонн/год. Себестоимость коагулянта составила 17561,745 тенге/т. Срок окупаемости 1,37 года. 

При получении коагулянта экологический ущерб от загрязнения воздуха отсутствует при наличии аспирационной системы очистки. Сточные воды повторно используются на разведение суспензии измельченного боксита. Выход нерастворимого остатка составляет 1174,7 кг (с влажностью 30 %) на 1000 кг коагулянта, из которого можно получить цемент, извлечь ценные компоненты.

В практике очистки воды важными являются технико-эксплуатационные параметры, имеющие реальное стоимостное выражение. Экономическая эффективность от замены сернокислого алюминия коагулянтом ССАЖКК, рассчитанная по методике Р.Н. Сафина, С.В. Базина и др., составила 86 750 тенге/мес.

При применении «ССАЖКК» значительно (до нуля) снижается необходимое количество флокулянта.

Эколого-экономическим показателем эффекта водоохранных мероприятий может быть предотвращенный ущерб от загрязнения водных объектов.


Дробленый боксит 25мм

 

0,15 мм

 

вода

 

куски коагулянта

 

фасовка

 

воздух

 

пыль, газ

 
Подпись: 7 - валковая дробилка Цилиндр: 8 - промывная сточная вода Цилиндр: 4 - реактор с рамной мешалкой Подпись:                                  6 - конвейер
                                     -кристаллизатор 
Блок-схема: магнитный диск: 5 - бак-сборник Блок-схема: магнитный диск: 3 - бак серной кислоты
92% 
Цилиндр: 2 - сбор-ник пульпы
ж:т=1:1 
Подпись: 1 - мельница шаро-вая 

пары серной кислоты

 

10-труба

 

60–80 об/мин

 

пары серной кислоты

 

острый пар

 

9-скруббер

 

1 – мельница;

2 – сборник пульпы;

3 – бак серной кислоты;

4 – реактор с рамной мешалкой;

5 – бак-сборник;

6 – конвейер-кристаллизатор;

7 – валковая дробилка;

8 – вентилятор;

9 – скруббер;

10 – труба;

11 – накопительная емкость

 

Воздух в трубу

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 4.1 – Принципиальная аппаратурно-технологическая схема получения ССАЖКК


Расчет предотвращенного ущерба после очистки сточных воды, содержащей взвешенные вещества и нефтепродукты при ПДК нефтепродуктов – 0,03 мг/дмз, ПДК при сбросе в водоем – 10 мг/дмз показал, что при очистке сточной воды от нефтепродуктов со 100,0 до 0,3 мг/дм3,  взвешенных веществ с 200,0 до13,0 мг/дм3 предотвращенная масса составила 1107,0 усл.т/год. Предотвращенный ущерб от применения процесса очистки, в том числе при применении коагулянта ССАЖКК составил 4,289 млн. тенге/год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты, представленные в диссертации, направлены на решение геоэкологических проблем снижения экологической нагрузки геотехнических систем: снижение воздействия размещенных отходов и некондиционного сырья, разработку технологии переработки некондиционного сырья, получение нового коагулянта и разработку экозащитной технологии очистки сточных вод, предусматривающей использование  наиболее активных коагулянтов, производство которых в Казахстане практически отсутствует. Основные научные результаты и практические выводы, полученные лично автором при выполнении диссертационной работы:

1. Приведен анализ воздействия Краснооктябрьского месторождения на окружающую среду. На карьере вскрыша вывозится: во внешний отвал, расположенный к западу от карьера – 40700 тыс.м3 (47,30 %) рыхлых пород; 750 тыс.м3  (0,9 %) скальных пород; во внутренний отвал самого карьера – 30000 тыс.м3 – 34,8 %.

2. Литературный анализ способов получения коагулянтов из алюминийсодержащего сырья кислотным способом показал, что практическое внедрение получили технологии получения чистых солей алюминия и железа из полупродуктов глиноземного производства достаточно высокой себестоимости.

3. Выполнены теоретические расчеты реакций взаимодействия основных минералов боксита с серной кислотой. Установлено, что энергия Гиббса ∆Cfº(T) мало изменяется при повышении температуры выше 100 ºС.

4. С использованием метода планирования многофакторного эксперимента получены частные зависимости, результаты которых подтверждены укрупненными исследованиями. Установлено, что при температурах 110–130 0С, продолжительности экспозиции 30–50 минут, концентрации серной кислоты 60 %, дозировке кислоты – 95 % от стехиометрии; Ж:Т = 1,5:1–2:1, максимальное извлечение Аl2О3 – 97 %; Fe2О3 93 %, SiO2=87%. Химический состав ССАЖКК, %: Al2O3 – 11,18; Fe2O3 – 6,66; SiO2 – 7,7;  серная кислота – 6,8; нерастворимый остаток 6,5.

5. Экспериментально методом отстаивания определена осветляющая способность сточных вод без и с введением коагулянта. Самоосветление за 24 часа происходит на 84–97; 62,53 и 97 % сточных вод химического производства, после очистных сооружений и хоз-бытовой соответственно. Коагулянт не уступает по качеству очистки товарным коагулянтам (сульфату алюминия, хлорному железу).

6 Изучены триангулярные диаграммы «состав – свойство» на модельных растворах, содержащих гумусовые и взвешенные вещества с контролем дозы извести; времени начала образования и окончания оседания хлопьев, цветности, мутности, щелочного резерва, рН. Исходная цветность модельной воды составляла 65 градусов, щелочной резерв 1,9 мг-экв/л, мутность – 1,7  мг/дм3 и рН = 7,5. Оптимальная дозировка коагулянта – 38 мг/л при которой достигается цветность 20 градусов.

       7 Изучено влияние добавок-интенсификаторов–серной кислоты и активного хлора – на процесс коагуляционной очистки хоз-бытовых сточных вод. С использованием компьютерной программы MATLAB–7.2 и TRIANGLE–1 получены изолинии локальных участков триангулярной диаграммы эффективности снижений примесей  в воде (органических примесей У1,%; взвешенных веществ У2, мг/кг; общего содержания ионов железа У3, мг/кг) для различных соотношений вводимых реагентов. Оптимальные значения расходов коагулянта ССАЖКК и добавок-интенсификаторов лежат в области пересечений и составляют: ССАЖКК–1,0-1,3; Н2SО4-0,2-0,25; Сl2-0,3-0,4.

8 Получены уравнения регрессии, описывающие процесс очистки сточной воды от органических примесей, взвешенных веществ и ионов железа в зависимости от дозы коагулянта ССАЖКК и интенсифицирующих добавок – извести и активного хлора. Диаграмма показывает оптимальные значения расходов коагулянтов и добавок-интенсификаторов: коагулянт ССАЖКК  – 0,3, CaO7,0 и  Cl2 – 0,4 мг-экв/л.

9 Технология получения коагулянта включает технологические операции: подготовку сырья (измельчение); сернокислотное выщелачивание; кристаллизацию; дробление готовой продукции. Принципиальная аппаратурная схема включает мельницу, сборник пульпы, бак серной кислоты,  реактор с рамной мешалкой,  конвейер-кристаллизатор и валковую дробилку.

11 Определены эколого-экономические характеристики: себестоимость  1 т коагулянта составила 17561,745 тенге; при цене ССАЖК 18000 тенге балансовая прибыль составила 1,756 млн. тенге.; срок окупаемости затрат составил 1,37 года. Экономический эффект очистки сточной воды коагулянтом ССАЖКК составил 86 750 тенге/мес.

12 Выполнен расчет предотвращаемого ущерба от загрязнения водных объектов после очистки сточной воды, содержащей взвешенные вещества и нефтепродукты. Предотвращенная масса (без учета улавливания нефти в нефтеловушке) составила  1107,00 усл.т./ год (при исходном содержании нефтепродуктов после нефтеловушки 100 и остаточном – 0,3 мг/дм3, взвешенных веществ с 200 до 13 мг/дм3). Предотвращенный ущерб составил 4,289 млн. тенге. Остаточная плата за сброс составила 1511,73 тенге. Остаточная плата за сброс стадии коагуляции – 213,435 тенге.

 

 Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленная цель и сформулированные задачи исследования, включающие изучение физико-химических основ разложения краснооктябрьского некондиционного боксита серной кислотой с выявлением закономерностей максимального извлечения Al2O3, Fe2O3; SiO2; моделирование процесса разложения  краснооктябрьского некондиционного боксита растворами серной кислот; изучение триангулярных диаграмм «состав – свойство» на модельных растворах, содержащих гумусовые и взвешенные вещества, позволяющие систематизированно изучать влияние различных факторов, устанавливать оптимальные области, выявлять рентабельность применения реагентов, их соотношение и др., определить наилучшую область очистки модельной воды испытуемым коагулянтом: минимальное время течения процесса осаждения частиц (седиментации) и наименьшую цветность воды; разработка технологии получения коагулянта ССАЖКК и исследование процесса очистки и обезвреживания сточных вод с его применением, характеризуются полнотой решения, результаты которых рекомендуются к внедрению в производство.

Разработка рекомендаций исходных данных по конкретному использованию результатов. Основные результаты диссертации можно рекомендовать для внедрения технологии получения смешанного коагулянта (ССАЖКК) на предприятиях алюминиевой промышленности РК, для включения в программы учебных курсов в технических ВУЗах по инженерно-экологическим специальностям.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Эколого-экономический анализ технологической схемы применения коагулянта ССАЖКК для очистки сточных вод показал, что экономический эффект очистки сточной воды коагулянтом ССАЖКК составит 86 750 тенге/мес.

Предотвращенная масса после очистки сточной воды, содержащей взвешенные вещества и нефтепродукты (без учета улавливания нефти в нефтеловушке) составила  1107,00 усл.т./ год (при исходном содержании нефтепродуктов после нефтеловушки 100 и остаточном – 0,3 мг/дм3, взвешенных веществ с 200 до 13 мг/дм3). Предотвращенный ущерб составил 4,289 млн. тенге. Остаточная плата за сброс составила 1511,73 тенге/год. Остаточная плата за сброс стадии коагуляции – 213,435 тенге/год.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Обзор литературных данных, патентный поиск, результаты теоретического и прикладного исследования  позволяют сделать вывод о том, что выполненная работа – разработка технологии получения смешанного алюмо-железо-кремниевого коагулянта из некондиционного боксита при определенных технологических режимах соответствует современному научно-техническому уровню, подтверждена патентами РК.

 

Список опубликованных работ по теме диссертации

      1. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Алюможелезистый коагулянт из Краснооктябрьских бокситов Казахстана. // Труды международной кон-ференции «Молодые ученые к 10-летию независимости Казахстана».- Алматы: КазНТУ, 2001, Ч.2, с. 440–443.

      2. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Технологическое опробование смешанного алюможелезистого коагулянта для очистки подпиточной оборотной воды ТЭЦ. //Труды международного научного симпозиума «А.Б. Бектуров - выдающийся ученый, основатель химической науки и образования в Казахстане».- Алматы: ИХН АН РК, 2002, с. 271.

      3. Казова А.М., Казова Р.А., Курбанова Л.С. Взаимодействие в системе  фторапатит-кварц-силикат натрия при 1000 0С. //Там же.- Алматы: ИХН АН РК, 2002, с.48–49.

      4. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Исследования по   применению алюможелезистого коагулянта для очистки сточных вод от радиоактивных элементов. // Республиканский сборник научных трудов аспирантов и магистрантов КазНТУ им. К.И. Сатпаева. - Алматы, 2001, с. 173–175.

      5. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Исследования по определению оптимального состава алюможелезистого коагулянта. // Материалы меж-дународной научно-практической конференции «Инженерная наука на рубеже ХХІ веке». - Алматы, 2002г, с. 289290.

  6. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Термодинамический анализ взаимодействие минералов боксита с серной кислотой. // V- Международная научно-техническая конференция “Новое в охране труда, окружающей среды и в защите от чрезвычайных ситуаций”- Алматы, 2002, с 368-371

      7. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Изучение эффективности коагулянтов с заданными физико-химическими свойствами. //Вестник КазНТУ.-Алматы: КазНТУ, 2003, с 194-198.

      8.  Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Исследование процесса выщелачивания бокситов серной кислотой с использованием метода планирования многофакторного эксперимента. // VI - Международная научно-техническая конференция «Новое в охране труда, защите от чрезвычайных ситуаций, экологии и валеологии», Алматы, КазНТУ им.К.И.Сатпаева, 2004г. с 194-198

      9. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Кислотная переработка алюминийсодержащих природных и техногенных видов сырья с получением модифицированных коагулянтов // Тезисы доклада международной научно - практической конференции посвященной 100 – летию со дня рождения     А.И. Лайнера и 75-летию кафедры «Металлургии легких металлов» - Москва: МИСиС, 2004, с 51

      10. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Нурмакова С.М., Курбанова Л.С. Термодинамический анализ процесса взаимодействия  минералов Краснооктябрьского боксита с серной и соляной кислотой. //Труды 7-ой Международной научно-практической конференции «Новое в охране труда, окружающей среды и защите человека  в ЧС». - Алматы: КазНТУ, 2005, с.9397.

11. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Нурмакова С.М., Курбанова Л.С. Способы получения  модифицированных коагулянтов из бокситов Краснооктябрьского месторождения. // Материалы Международной научно-практической конференции «Новые тенденции и проблемы экологии и рационального использования вторичных ресурсов. Основные направления развития и технического перевооружения предприятий вторичной металлургии».- Москва: МИСиС, 2005, с.46-47

12. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Нурмакова С.М., Курбанова Л.С. О необходимости создания производства коагулянтов для очистки  природных и сточных вод.// Труды 2-ой  Международной  научно-практической конференции «Горное дело и металлургия  в Казахстане. Состояние и перспективы».- Алматы: КазНТУ, 2006, Т III. C 162–164.

13.  Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Нурмакова С.М., Курбанова Л.С. Кинетический  анализ солянокислотного разложения некондиционных бокситов КБРУ.// Научно-технический журнал «Гидрометеорология и экология»,- Алматы, 2006, № 3, с.162169.

14. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш., Нурмакова С.М., Курбанова Л.С.         Жаркимбаева Г.Б. Моделирование взаимодействия в системе Al2O3 Fe2O3(HCl)H2SO4 методом симплекс-решетчатого планирования. //Вестник КазНТУ, КазНТУ: Алматы, 2006, №5, с.124–128.

15. Мусина У.Ш., Нуркеев С.С., Жаркимбаева Г.Б., Курбанова Л.С. Способ получения реагента для очистки сточных вод из золы от сжигания экибастузских углей. // Вестник КазНТУ имени К.И. Сатпаева. – Алматы: КазНТУ, 2007, № 5, с 126-129.

16. Мусина У.Ш., Нуркеев С.С., Курбанова Л.С., Жаркимбаева Г.Б., Ахмедова Г.Р. Изучение коагулирующих свойств нового неорганического коагулянта // Научно-технический журнал «Гидрометеорология и экология». - Алматы, 2007,  № 3, с 104-108

17. Мусина У.Ш., Нуркеев С.С., Курбанова Л.С. Исследование процесса получения модифицированного титаном смешанного сульфатного коагулянта из краснооктябрьского боксита. // Вестник КазНТУ имени К.И. Сатпаева. – Алматы: КазНТУ, 2007, № 5, с137-139

18. Мусина У.Ш., Нуркеев С.С., Курбанова Л.С. Исследование процесса получения коагулянта-флокулянта выщелачиванием бокситов серной кислотой с использованием метода планирования многофакторного эксперимента. // Вес-тник КазНТУ имени К.И. Сатпаева. – Алматы: КазНТУ, 2007, № 6, с 172-175

19. Курбанова Л.С., Мусина У.Ш. Изучение процесса очистки хозбытовой сточной воды коагулянтом  ССАЖКК в присутствии интенсифицирующих добавок. Вестник    КазНТУ имени К.И Сатпаева  №1.2008г. стр.106-109

       20. Мусина У.Ш., Курбанова Л.С. Применение триангулярной диаграммы при изучении процесса очистки хозбытовой сточной воды коагулянтом ССАЖКК в присутствии извести и активного хлора. Вестник КазНТУ имени К.И. Сатпаева №2. 2008г. стр.68-71.

21. Положительное решение. Заявка № 0868.1/2006. Способ получения неорганического коагулянта из боксита;

22 Положительное решение. Заявка № 0971.1/2006 на выдачу патента: Способ получения неорганического коагулянта - флокулянта из боксита

 № 0971.1/2006.

 

 

 

 

Құрбанова Лаура Серікқызының

 

25.00.36.-Геоэкология мамандығы бойынша

 «Ақаба және табиғи суларды тазалау үшін «Краснооктябрь» кен орнының кондициялық емес бокситінен алынған коагулянтты пайдалану арқылы қоршаған ортаға келтірілген техногенді жүктемені төмендету» тақырыбындағы диссертациялық жұмысына

 

ТҮЙІН

Зерттеу нысаны: «Краснооктябрь» кенорнының бейкондициялық бокситі

Жұмыстың мақсаты. Ақаба  және табиғи суларын тазалау үшін «Краснооктябрь» кен орнының бейкондициялық бокситінен аралас сульфатты-алюмотемірлі кремний коагулянтын алудың экологиялық таза технологиясын құру.

Зерттеу әдістері. Технологиялық зерттеулерді жоспарлау әдістері, химия-лық және физика-химиялық жабдықтап талдау әдістері: рентгенофазалық (РФА) дериватографиялық, «құрамы-қасиеті» диаграммасын құру үшін көпкомпонентті жүйелерде өзара әсерлесудің корреляциялық талдауы мен симплекс–торды жоспарлау әдістері қолданылған.

Ғылыми қағидалары: - өте жақсы коагуляциялық қасиетімен ерекшеленетін экологиялық коагулянтты алуда бейкондициялық бокситті пайдалану үрдісінің технологиялық параметрлерін үйлестіру үшін күкірт қышқылы концентрациясының, С:Қ қатынасының, уақыттың, температурасының алюминий, темір, кремний алу дәрежесіне әсерін көрсететін қорытынды (жалпы) функция;

- Үрдістің экологиялық тиімділігіне жету мақсатында ақаба және табиғи суларды залалсыздандыру және тазалау дәрежесіне тәуелсіз факторлардың (температура, үрдістің уақыты, С:Қ қатынасы, қышқыл концентрациясы) әсер ету заңдылықтары.

- «Коагулянт-жүзгін заттар»,  «коагулянт - бояушы заттар», «бояушы заттар-жүзгін заттар» изотермиялық қиықтар тұрғызылған, АСАТКК – СаО – Cl2; АСАТКК – H2SO4 – Cl2 жүйесінің құрам-қасиет триангулярлық диаграммасы  негізінде ақаба және табиғи суларды экологиялық тиімді тазалаудың нәтижесі.

  Ғылыми жаңалықтары: Алғаш рет бейкондициялық бокситтен алюминий, темір, кремний алу дәрежесіне әртүрлі факторлардың әсер ету заңдылықтары анықталған, жеке функциялардың негізінде қорытынды теңдіктер алынған; математикалық модел талдауы краснооктябрь бокситін күкірт қышқылымен ажырату процесін экологиялау және қолайлы етуге мүмкіндік береді: температура 110-130оС, жалғасу уақыты 30-40мин, күкірт қышқылы концентрациясы 60%, С:Қ=2:1; бұл жағдайда алу деңгейі Al2O3 =97%, Fe2O3=93%, SiO2=87%.

         Диаграммалық талдау әдісімен АСАТКК–H2SO4 –Cl2; АСАТКК – CaO – Cl2 жүйесінде құрам – қасиет диаграммасы алынған, 20оС кезінде седиментация және бояу заттар, жүзгін бөлшектерден табиғи суларды тазалау дәрежесі изосызықтары бойынша изотермиялық қиықтар құрылған; тазалаудың эколо-гиялық тиімділігін арттыру үшін  мөлшеріне байланысты реагенттер мен коагу-лянттың тазалау дәрежесіне өзгертулер енгізілген;

       - ақаба және табиғи суларды жүзгін және бояушы заттардан тазалау және залалсыздандыру үшін АСАТК коагулянт алудың экологиялық негіздері өңделген;

Жұмыстың тәжірибелік құндылығы. Белгілі физика-химиялық қасиеттері бар, ақаба және табиғи суларды тазалауға қолданатын АСАТК коагулянтын алу үшін шикізат ретінде – бейкондициялық бокситті пайдалану проблемасын шешуге технология құрылған, сонымен қатар екі патентке оңды шешім алынды.    

         Қойылған мәселелердің толық шешуін бағалау. Зерттеу мақсаты мен талаптары: Al2O3, Fe2O3, SiO2 максималды алу заңдылықтарын анықтай-тын Краснооктябрьский бейкондициялық бокситін күкірт қышқылымен ажыратудың физика-химиялық негіздерін зерттеу; үрдісін модельдеу; құрамында қарашірік және жүзгін заттар бар моделді сұйықтарда «құрам-қасиет» триангулярлық диаграммасын құру, ол әртүрлі факторлардың әсерін жүйелі түрде көруге, үйлесімді аймақты құруға, реагенттерді пайдаланудың тиімділігін, олардың қатынасын және т.б. көрсетуге мүмкіндік береді, коагулянтпен моделді суды тазалаудың ең жақсы аумағын: судың түссіздігін және бөлшектердің тұну үрдісінің минималды уақытын анықтау; АСАТК коагулянтын алу технологиясын құру, ақаба суларын осы коагулянттың көмегімен тазалау және залалсыздандыру үрдісін зерттеу. Көрсетілген жұмыстың мақсаты мен талаптары толық шешілген және өндіріс пен жоғарғы оқу орнындарында оқу үрдісіне енгізуге ұсынылады.

Нәтижелерді нақты пайдалану бойынша ұсыныстар мен бастапқы мәліметтерді әзірлеу. Диссертацияның негізгі нәтижелерін Қазақстан Республикасының алюминий өндірісінің кәсіпорындарында аралас сульфатты алюмотемірлі кремнийлі коагулянт (АСАТКК) алу технологиясын енгізу үшін, сонымен бірге, техникалық жоғарғы оқу орындарында инженерлік-экологиялық пәндер бойынша оқу курстарына енгізу үшін ұсынуға болады.

Енгізудің техникалық-экономикалық тиімділігін бағалау. Ақаба суды тазалау үшін АСАТК коагулянтын қолданудың технологиялық схемасын эколого-экономикалық талдау экономикалық тиімділіктің 86750тенге/айына құрайтынын көрсетті.  Келтірілген зиян  4,289 млн. тенгені құрайды.

Берілген саладағы озық жетістіктермен салыстырғанда орындалған жұмыстың ғылыми деңгейін бағалау. Әдебиеттерге шолу, патенттік ізденіс, теориялық және қолданбалы зерттеулердің нәтижелері жасалынған жұмыс – белгілі технологиялық режимде АСАТК коагулянт алу технологиясын құру Қазақстан Республикасы патентімен бекітілген қазіргі ғылыми-техникалық деңгейге сәйкес келетіндігі жайлы қорытынды жасауға мүмкіндік береді.

 

 

 

 

KURBANOVA LAURA SERIKOVNA

25.00.36 - Geoecology

SUMMARY

on dissertation work

Reduce in anthropogenic loading on environment by clearing natural and sewage coagulant from sub-standard bauxite

 

The subject of the research. Sub-standard bauxite of Krasny octaybr deposit.

The purpose of dissertation. Purification of natural and sewage by means of  designing of appropriate technology in order to receive mix sulphate alumo -iron- silicium coagulant of sub-standard bauxite of the Krasnooktjabrsky ore deposit.

Research methods. In dissertation are used methods of planning of technological experiment, methods of the chemical and physicochemical tool analysis: roentgenphase (RPh), derivativegraph, the correlation analysis and a simplex-lattice design of interaction in multicomponent systems with the construction of chart "composition - attribute".

Scientific positions:

- The general function describing both influence on degree of extraction of aluminum, iron and silicon of temperature, duration of process, ratio Ж:Т, concentration of sulfuric acid and the subsequent optimization of technological parameters of process of decomposition of bauxite;

- laws of influence of independent factors (temperatures, durations of process, ratio Ж:Т, concentration of acid) on degree of purification and neutralization of natural and industrial sewage for achievement of ecological efficiency of process;

- results of ecologically effective purification of natural and sewage on the basis triangulable charts "composition - attribute" systems MSAISC –H2SO4 – Cl2; MSAISCСаО – Cl2 with construction of isothermal sections «coagulant - the weighed substance », «coagulant - the coloring substance» and «the coloring substance - the  weighed substance »;

  Scientific novelty:

- are established of laws of influence of various factors on degree of extraction of aluminium, iron and silicon from sub-standard bauxite; the generalized equations received on the basis of particular functions; it is optimized and ecoscientific decomposition process of krasnooktjabrsky bauxite by sulfuric acid on the basis of the analysis of mathematical model: temperature 110-130 0С, duration of 30-40 mines,  concentration of sulfuric acid of 60 %, Ж : Т = 2:1; extraction degree in these conditions Al2O3 = 97 %, Fe2O3 = 93 %, SiO2 =87 %.

- the method of the diagram analysis has allowed to receive charts "composition - attribute" systems MSAISC –H2SO4 – Cl2; MSAISCСаО – Cl2; isothermal sections are constructed on isolines of cutoff rating natural and sewage from the weighed particles, the coloring substances and sedimentation at 200С; with the view of enhancement of ecological efficiency of sewage treatment is established change of cutoff rating of coagulant and reagents depending on their dosages;

- is elaborated appropriate technology for are receive mix sulphate alumo-iron-silicium coagulant;

- are received results of purification and neutralization of natural and sewage from the weighed and coloring substances,  the sediment research performed as a result of application of received coagulant MSAISC.

Practical value. Is designed the technology possessing   physicochemical characteristic  and representing a variant of the decision of a problem of recycling of sub-standard bauxite – as material for are receive mix sulphate alumo-iron-silicium coagulant, to use widely for purification of natural and sewage.

Practical use. Scientific recommendations can be used in technology of reception mixed coagulant at the enterprises of the aluminum industry; on local clearing constructions of the industrial enterprises and in educational process in high schools by preparation of the qualified engineers of an ecological structure.

Estimation of completeness of the decision of tasks in view. A purpose and the formulated of problems research including studying of physicochemical bases of decomposition of krasnooktjabrsky of sub-standard bauxite by sulfuric acid with revealing of laws of maximum extraction Al2O3, Fe2O3; SiO2; modelling of decomposition process of krasnooktjabrsky bauxite by sulfuric acid; studying triangulated charts "composition - attribute" on the modelling solutions containing humic and weighed substances, allowing logically to study influence of various factors, to establish optimum areas, to reveal profitability of application of reagents, their parity, etc., to define the best area of clearing of modelling water the examinee coagulant: minimum time of a current of process of sedimentation of particles and the least chromaticity of water; design of technology to receive mix sulphate alumo -iron- silicium coagulant (MSAISC) and  research of process of purification and neutralisation of sewage with its application, are characterised by completeness of the decision which results are recommended to introduction in manufacture.

Working out of recommendations of initial data on concrete use of results. The main result of the dissertation to recommend for introduction of technology of receive mix coagulant (MSAISC) at the enterprises of aluminium industry RK, for inclusion in programs of training courses in technical colleges on engineering-ecological specialities.

Estimation of technical and economic efficiency of introduction. The Ekologo-economic analysis of the technological circuitry of application coagulant MSAISC for sewage treatment has shown, that economic effect of application coagulant MSAISC for purification of sewage - 86 750 tenge/months. Prevented damage - 4,289 million tenge.

Estimation of scientific level of the performed work in comparison with the best achievements in the given area. The review of literary data, patent search, results theoretical and applied research allow to draw a conclusion that the executed work - design technology in order to receive mix alumo -iron- silicium coagulant of sub-standard bauxite Krasnooktjabrsky bauxite. This technology at certain modes corresponds to modern scientific and technical level, it is confirmed by patents of Republic Kazakhstan.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 12.02.2009г.

Печать ризография. Формат 60х84/16.

Объем 1,5 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 328

Отпечатано в Научно-техническом издательском центре

Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева