Якимова Наталия Игоревна. Теория и практика утилизации отходов с учетом их энергосодержания и природы поверхности твердых фаз

brief description

Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Петербургский государственный университет путей сообщения»
На правах рукописи
ЯКИМОВА НАТАЛИЯ ИГОРЕВНА
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ С УЧЕТОМ ИХ
ЭНЕРГОСОДЕРЖАНИЯ И ПРИРОДЫ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ
ФАЗ
Специальность:
25.00Л6 - Геоэкология
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
доктора технических наук
ГщГезидиум ВАК Ъосскп
и: консультант - доктор * технических наук, профессор Сватовская Л.Б.

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................... 5
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. МЕТОДЫ, МАТЕРИАЛЫ И ЗАДАЧИИССЛЕДОВАНИЯ 1?.
1.1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ПРИРОДООХРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ............. 12
1.2. ОПАСНОСТЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ИОНАМИ ТЯЖЕЛЫХ
МЕТАЛЛОВ (ИТМ)............................................................................................... 19
1.3. ОПАСНОСТЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТРАБОТАННЫМИ
МИНЕРАЛЬНЫМИ МАСЛАМИ (ОММ)......................................................................... 20
1.4. АНАЛИЗ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО
ТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ..................................................................... 25
1.5. ПРОБЛЕМА ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ.............. 29
1.6. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ШЛАКИ.......................................................................... 31
1.7. СТАНДАРТНЫЕ И ОБЩЕПРИНЯТЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ................................ 32
1.8. ВЕРОЯТНОСТНО - СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ..................................................... 39
1.9. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗУЕМОГО ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ И ДОБАВОК, НАХОДЯЩИХСЯ В РАЗНОМ
АГРЕГАТНОМ СОСТОЯНИИ....................................................................................... 43
1.10. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ............................................................................... 60
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОВМЕСТНОЙ БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ..................................... 62
2.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ.............. 62
2.2. ИНДИКАТОРНЫЙ МЕТОД РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕНТРОВ АДСОРБЦИИ КАК НОВЫЙ
МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ФАЗ............................... 69
2.3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕЛЯХ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИХ ЭКОЗАЩИТНЫХ
СВОЙСТВ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА РЦА........................................................................ 78
2.4. ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ............................................................................. 85
t
і V

ГЛАВА 3. КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ
НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И СОВМЕСТНАЯ
БЕЗОПАСНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ НЕКОТОРЫХ ОТХОДОВ.............................. 87
3.1. СОСТАВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ПРИЧИНА
ИХ ОБРАЗОВАНИЯ НА ТРАНСПОРТЕ....... ,................................................................... 87
’ * »' -
3.2. МОЮЩИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОТМЫВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ....................................... 92
3.3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ОТ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ОСНОВЕ НОВОГО МОЮЩЕГО СРЕДСТВА ПКФ..................... 107
3.4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ ПКФ.............................................................. 124
3.4.1. ОЧИСТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВАГОННОГО ДЕПО ТЧ-20 ЛЕНИНГРАД-ФИНЛЯНДСКИЙ ОКТ. Ж. Д........................................................................................................... 124
3.4.2. ОЧИСТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ ВЧ-8 ОКТ. Ж. Д. И АВТОМАШИН ТРАНСПОРТНЫХ ЦЕХОВ ОАО «ФИРМА МЕДПОЛИМЕР»
И ОАО «МЕТРОБЕТОН»....................................................................................... 126
3.5. СПОСОБЫ БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ И
ОТРАБОТАННЫХ МОЮЩИХ РАСТВОРОВ.................................................................... 130
3.5.1. ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНОГО КИРПИЧА................................................... 131
3.5.2. ПРОИЗВОДСТВО ФОСФАТНЫХ ДЕКОРАТИВНЫХ И ОТДЕЛОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ....................................................................................................... 137
3.6. ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ........................................................................ 163
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКОЗАЩИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ
МЕТАЛЛОВ................................................................................................... 165
4.1. НОВЫЕ ЭКОЗАЩИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ................... 165
4.2. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ЭКОЗАЩИТНЫХ
ЗАГРУЗКАХ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ УСКОРЕННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ............................. 172
4.3. ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ...................................................................... 188
ГЛАВА 5. БЕЗОБЖИГОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ФАСАДНОЙ ПЛИТКИ, ИМИТИРУЮЩЕЙ КЕРАМИКУ,

*

" И НЕЙТРАЛИЗУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА....................................................... 189
5.1. ОЦЕНКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РЕЗЕРВА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ................... 189
5.2. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФАСАДНОЙ ПЛИТКИ. ПОЛУЧЕНИЕ
ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ......................... .*............................................................... 197
5.3. ПОЛУЧЕНИЕ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННОГО И ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ
АДСОРБЕНТОВ - НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ ЩЕЛОЧНЫХ СТОКОВ........................................... 211
5.4. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОЛОГИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ
ПРИРОДНУЮ СРЕДУ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА.................................... 214
5.5. ВЫВОДЫ ПО ПЯТОЙ ГЛАВЕ............................................................................ .221
ГЛАВА 6. СОВМЕСТНАЯ БЕЗОПАСНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ И ТВЕРДЫХ
ОТХОДОВ ГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОБЖИГОВОЙ КЕРАМИКИ............................... 222
6.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ «ТЮМЕНТРАНСГАЗ» КАК ИСТОЧНИКА
ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ РАЗНОЙ ПРИРОДЫ.............................................................. 222
' * V , ■'
6.2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ
ОТХОДОВ И ОТРАБОТАННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ.................................................. 227
6.3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ
ОТХОДОВ БАЛЛАСТНОГО ЩЕБНЯ (НБЩ)................................................................ 244
6.4. ВЫВОДЫ ПО ШЕСТОЙ ГЛАВЕ.......................................................................... 253
ГЛАВА 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРЕДОТВРАЩЕННОГО
Ч ЭКОЛОГИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ СНИЖЕНИЯ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТХОДАМИ............................... 255
7.1. КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ
МЕТАЛЛОВ И СОВМЕСТНОЙ БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ НЕКОТОРЫХ ОТХОДОВ............... 255
7.2. КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОВМЕСТНОЙ БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ
‘ I -
ОТРАБОТАННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ Й ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОБЖИГОВОЙ КЕРАМИКИ......... 263
% '

7.3. Расчет возможного предотвращенного экологического ущерба от
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ИТМ.................... 267
7.4. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ СОВМЕСТНОЙ БЕЗОПАСНОЙ
I - .
УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ.......................................................................................... 270
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.......................................................................................... 274
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................ 279
ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................................... .308

bibliography

Общие выводы
1 Показано, что прогноз и развитие новых технологий утилизации отходов может быть основан на учете резервов систем - энергетическом (термодинамическом) и особенностях электронного строения поверхности твердого отхода. В качестве энергетического резерва предлагается рассматривать отрицательное изменение энергосодержания системы в самопроизвольных реакциях в стандартных условиях - ДН°298, при AG°298<0. В качестве резерва природы поверхности предлагается рассматривать ее донорно-акцепторные свойства, информацию о которых предоставляет индикаторный метод распределения центров адсорбции (РЦА). Использование термодинамического резерва и резерва строения поверхности твердого отхода позволило ррработать новые сертифицированные
1 V
технологии защиты окружающей среды в разных регионах России.
2 Показано, что энергетический (термодинамический) резерв при получении материалов из отходов и природных продуктов на основе самопроизвольных реакций составляет от 1200 до 16000 МДж/т продукта; эта энергия использована вместо энергии топлива при создании безобжиговых технологий получения материалов строительного и экозащитного назначения на базе отходов, моющих растворов не содержащих ПАВ для очистки нефтезагрязненных металлических поверхностей и их утилизации, а также при получении строительной керамики со сниженным расходом топлива.