Автореферат (Комплексное оборудование и технологические процессы промышленного производства анолита и феррата)

На правах рукописиАракчеев Евгений НиколаевичКОМПЛЕКСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВААНОЛИТА И ФЕРРАТАСпециальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы(полиграфические и упаковочные технологии и оборудование,химическая промышленность) (технические науки)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» на кафедре «Гражданское строительство и прикладная экология»Научный руководитель:Петкова Ани Петрова,доктор технических наук, главный научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Мехатроника» федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский политехническийуниверситет Петра Великого»Официальные оппоненты:Васильев Алексей Львович,доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Водоснабжение, водоотведение, инженерная экология и химия» федерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»Беренгартен Михаил Георгиевич,кандидат химических наук, профессор кафедры«Аппаратурное оформление и автоматизация технологических производств» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский политехнический университет»Ведущая организация:Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский инженерный центр «Синтез»,г.

МоскваЗащита состоится «21» декабря 2017 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.356.01 при федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский политехнический университет» по адресу:127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А, ауд. 1211.Отзыв на автореферат в двух экземплярах (заверенных печатью) просим направлять поуказанному адресу.С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотеке Московского Политеха и на официальном сайте: http://mospolytech.ru, а также на официальном сайтеМинобрнауки РФ: http://vak.ed.gov.ru.Автореферат разослан «___» ____________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат технических наукНагорнова Ирина Викторовна2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.

В соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГОСТ2874-82 питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна похимическому составу и обладать благоприятными органолептическими свойствами. В России пролонгированный обеззараживающий эффект при транспортировке подготовленнойводы с водоканалов потребителю по многокилометровым системам водоснабжения обеспечивается гарантированным наличием остаточного хлора в воде у потребителя (0,3-0,5 мг/л).Физические способы обеззараживания озоном, ультрафиолетом не обеспечивают пролонгированного обеззараживающего действия.

Поэтому на сегодняшний день применение хлорсодержащих реагентов, несмотря на ряд недостатков, является основным методом обеззараживания на коммунальных водопроводах и станциях по обработке технических и сточных вод.При обеззараживании питьевой воды хлорсодержащими реагентами опасность для человеческого организма представляют хлорорганические токсичные, мутагенные и канцерогенные соединения, образуемые при взаимодействии хлора с органическими загрязнениями,всегда присутствующими в поверхностных источниках.Применение хлорсодержащих реагентов для обеззараживания стоков может приводитьк образованию еще более токсичных, чем исходные загрязнители, устойчивых химическихсоединений.

Кроме того, хлор и его соединения не должны содержаться в сточных водах,сбрасываемых в поверхностные воды.Биологические методы очистки сточных вод общепризнанно считаются наиболее экономически эффективными и экологически приемлемыми для удаления так называемых макрозагрязнений (биоразлагаемых органических веществ, соединений азота, фосфора, серы ит.д.). После биоразложения, как правило, применяется доочистка стоков с помощью концентрированного или электролизного гипохлорита для выполнения требований к содержаниюбактерий и микроорганизмов в сбрасываемых в реки сточных водах. Однако в этом случае невыполняются требования по отсутствию хлора в сточных водах.

Если доочистка не используется, не выполняются требования к содержанию бактерий и микроорганизмов в сбросах сочистных сооружений, попадающих в реки и залив.Поэтому остро стоит задача поиска более дешевых и экологичных промышленных технологий как для обеззараживания питьевой воды, так и технологий доочистки стоков безхлорсодержащих реагентов, не уступающих применяемым технологиям с использованиемгипохлорита в части эффективности очистки и стоимости, а также решающих проблему выполнения требований к чистоте стоков и отсутствия в них хлора.

Кроме того, снижение содержания хлорорганических соединений в воде и также является серьезной проблемой, которая до сих пор не решена.Перспективная и интенсивно развивающаяся в последние годы технология очистки воды и стоков ферратами щелочных металлов обеспечивает дезинфицирующее и коагулирующее действие, но не дает пролонгированного эффекта. Применение ферратной технологии всочетании с хлорированием позволяет существенно снизить количество потребляемого дляочистки хлора, а значит и образуемой канцерогенной хлорорганики, а в некоторых случаях(например, при очистке стоков) вообще обойтись без применения хлора.Целью работы является разработка технологического процесса и технического решения комплексного электролизного агрегата (КЭА) для одновременного производства анолитаи феррата, позволяющих существенно повысить эффективность обеззараживания и очисткиводы и стоков и экологическую безопасность при одновременном снижении стоимости процессов по сравнению с существующими технологиями.Задачи, решаемые для достижения поставленной цели:- анализ существующих методов и устройств получения анолита и феррата натрия дляобеззараживания питьевой и технической воды и очистки хозяйственно-бытовых ипромышленных стоков;- обоснование концепции получения анолита и феррата путем мембранногоэлектролиза в едином комплексном электролизном агрегате (КЭА);3- математическое моделирование процесса получения анолита и феррата,конструктивных и технологических параметров модулей КЭА, обеспечивающих повышениепроизводительности, энергоэффективности и ресурсосбережения процессов;- разработка, изготовление и испытание в промышленных условиях КЭА и адаптивнойсистемы управления производительностью его модулей;- оценка эффективности промышленного применения феррата натрия и техническихсредств для его получения;- разработка рекомендаций по использованию результатов работы в обеззараживанииводы, промышленных и бытовых стоков.Методы исследования: математическое моделирование оборудования для производства анолита и феррата, фотоколориметрический метод определения концентрации ферратав растворе; амперометрический метод определения содержания хлора в воде; математические расчеты на основе теории электрохимии и экспериментальные исследования производительности и энергопотребления производства анолита и феррата натрия; потенциометрическое титрование; масс-спектрометрия; вольтамперометрия состава промышленных стоков,лабораторные исследования химического и биологического состава проб питьевой воды ихозяйственно-бытовых стоков после обеззараживания анолитом и ферратом; апробация впромышленных условиях анолита и феррата и технических средств для их получения дляобеззараживания питьевой воды, хозбытовых стоков, коагуляции токсичных отходов и ливневых стоков.Научная новизна работы:- впервые научно обоснованы концепция и параметры технологического процесса промышленного производства анолита и феррата для обеззараживания воды и стоков в единомкомплексном электролизном агрегате;- разработаны схемные и конструктивные решения КЭА и его модулей, обеспечивающие заданную производительность по анолиту и феррату, повышение эффективности обеззараживания и очистки воды и стоков при одновременном снижении стоимости процессов посравнению с существующими технологиями.Новизна предложенных технических и технологических решений подтверждена семьюпатентами РФ: № 113735 от 03.05.2011; № 2471891 от 15.03.2011; № 142205 от 05.12.2013;№160773 от 08.09.15; №162651 от 09.11.15; № 165201 от 08.09.15; № 169435 от 04.07.2016.Достоверность результатов и обоснованность основных положений и выводов диссертационной работы обеспечивается корректностью постановки задач исследования, корреляцией полученных экспериментальных результатов с известными данными, использованиемсовременных методов исследования (потенциометрическое титрование, фотоколориметрияраствора феррата, масс-спектрометрия, вольтамперометрия состава промышленных стоков),а также успешной апробацией результатов работы в промышленных условиях.Практическая значимость определяется:- реализованы на практике агрегаты для получения анолита и феррата для обеззараживания воды и стоков в промышленных условиях;- разработаны рекомендации по внедрению предложенных технических решений поочистке воды и стоков систем водоснабжения городов;- обоснована экологическая и экономическая эффективность предложенных технических решений по очистке воды и стоков.Апробация работы.