CC BY
4
УДК 628.316.12:658.567.5 https://doi.Org/10.35546/kntu2078-4481.2023.2.13
К. е. ХАВ1КОВА
асшрант кафедри хiмiчних та бюлопчних технологш Дншровський державний технiчний унiверситет ORCID: 0000-0002-3276-481X
А. В. 1ВАНЧЕНКО
доктор техшчних наук, професор, професор кафедри хiмiчних та бiологiчних технологiй Дншровський державний техшчний унiверситет ORCID: 0000-0002-1404-7278
ВПРОВАДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГИ ГЕОТЕКСТИЛЬНИХ КОНТЕЙНЕР1В GEOTUBE НА КОКСОХ1М1ЧНИХ ШДПРИСМСТВАХ
У данш роботi зроблено аналгз небезпечного впливу ароматичних вуглеводнгв 1з фенолвмтних вод коксох1-мгчних заводiв. Розглянута актуальтсть вилучення органiчних токсикантiв i3 pidKux вiдходiв коксохiмiчних тд-приемств при очищент фенольних стоюв, як подаються на башти туштня коксу. 1з-за недостатньо'1' глибини очищення виробничих стоюв на механiчнiй стадИ бiохiмiчного очищення (БХО), iстотна кшьюсть фенольних забруднень потрапляе в атмосферу, а з дощовими опадами до водойм, що становить екологiчну загрозу в промис-лових мiстах. Надано юльюсне сniввiдношення стiчнuх вод коксохiмiчнuх тдприемств за джерелами утворення та охарактеризовано осади, як утворюються при переробц рiдкuх вiдходiв наустановцi бiохiмiчного очищення (УБХО), на nрuкладi ПРАТ «ДКХЗ», м. Кам'янського. Розроблено екологiчно безпечну технологт адсорбцтно'1 переробки рiдкuх вiдходiв у флотацтних реакторах, за допомогою яко'1 можливе зниження негативного впливу токсuкантiв на подальше БХО активним мулом та доведення ГДК токсичнихречовин до регламентних значень. Охарактеризовано природний сорбцтний матерiал глауконт, з додаванням регламентной дози флокулянту до фенолвмкних стоюв у флотатори, для зниження концентрацИ nолютантiв та утворення осадiв з подальшим Их видаленням. Запропоновано зменшити вмiст води в осадах, що дозволить розширити можлuвостi його ути-лгзаци. Надано характеристику осадам, що являють собою сусnензiю, яка видшяеться в процеа механiчноi, бiологiчноi та фiзuко-хiмiчноi обробки стiчнuх вод. Надано результати попереднього випробування зневоднення осаду за допомогою геотекстильних контейнерiв в лабораторних умовах, початкова волога якого становила -92%, а тсля застосування контейнерiв Geotube впродовж 10 дтв, волога осаду знизилася до 50%. Запропоновано на коксохiмiчнuх niдnрuемствах впровадити переробку осадiв за допомогою технологи геотекстильних контей-нерiв Geotube. Описано етапи зневоднення за технологiею Geotube.: наповнення сусnензiею шламу; зневоднення; консолiдацiя - сушка отриманого осаду. Надано поетапну шюстровану iнструкцiю з укладання геотекстильних контейнерiв.
Ключовi слова: коксохiмiчнi стоки, рiдкi вiдходu, фенолвмкш стоки, феноли, глаукотт, геотекстильш кон-тейнери Geotube.
К. Ye. KHAVIKOVA
Postgraduate Student at the Department of Chemical and Biological Technologies
Dniprovsky State Technical University ORCID: 0000-0002-3276-481X
A. V. IVANCHENKO
Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor at the Department of Chemical and Biological Technologies Dniprovsky State Technical University ORCID: 0000-0002-1404-7278
IMPLEMENTATION OF GEOTUBE GEOTEXTILE CONTAINER TECHNOLOGY AT COX-CHEMICAL ENTERPRISES
This paper analyzes the dangerous impact ofaromatic hydrocarbonsfrom phenol-containing waters of coke plants. The relevance of the extraction of organic toxicants from the liquid waste of coke chemical enterprises during the purification ofphenolic effluents, which are fed to coke quenching towers, is considered. Due to the insufficient depth of treatment of industrial effluents at the mechanical stage of biochemical treatment, a significant amount ofphenolic pollutants enters the atmosphere, and with rainwater falls into water bodies, which poses an ecological threat in industrial cities. Quantitative ratio of waste waters ofcoke chemical enterprises by sources of formation is given and sediments formed during processing
of liquid waste at a biochemical treatment plant are characterized, using the example of PJSC «DKHZ», Kamianske. An ecologically safe technology of adsorption processing of liquid waste in flotation reactors has been developed, with the help of which it is possible to reduce the negative impact of toxicants on the subsequent of biochemical treatment by activated sludge and bring the MPC of toxic substances to regulatory values. The natural sorption material glauconite was characterized, with the addition of a regular dose of flocculant to phenol-containing effluents in flotation devices, to reduce the concentration of pollutants and the formation of sediments with their subsequent removal. It is proposed to reduce the water content in the sediments, which will allow to expand the possibilities of its utilization. The characteristics of sediments, which are a suspension that is released in the process of mechanical, biological and physico-chemical treatment of wastewater, are given. The results of a preliminary test of sediment dehydration with the help of geotextile containers in laboratory conditions are presented, the initial moisture content of which was 92%, and after using Geotube containers for 10 days, the sediment moisture content decreased to 50%. It is proposed to implement sediment processing at coke-chemical enterprises using Geotube geotextile container technology. The stages of dewatering using the Geotube technology are described: filling with sludge suspension; dehydration; consolidation - drying of the obtained sediment. Step-by-step illustrated instructions for laying geotextile containers are provided.
Key words: coke chemical effluents, liquid waste, phenol-containing effluents, phenols, glauconite, Geotube geotextile containers.
Постановка проблеми
На KOKCOxiMi4Hm заводах фенолвмюш спчш води, шсля ^xiB уловлювання xiMi4Hm продукпв коксування, забруднюються оргашчними агентами, такими як роданвди, феноли, амошак, масла, смоли та ш токсиканти. Фенолвмюш води займають великий обсяг на пвдприемствах [1, с. 24].
Основна шльшсть забруднюючих полютанпв, що метиться у стоках, використовуеться для гасшня коксу, при цьому лети оргашчш сполуки випаровуються в атмосферу, забруднюючи навколишне середовище, а з дощовими опадами попадають до водойм [2, с. 28].
У коксохiмiчний галузi в технолопчному процес очищения слчних вод застосовують мехашчне та бюлопчне БХО. УБХО не завжди справляеться з токсичними речовинами, як надходять на переробку на мехашчнш стади, тому навантаження по основному забруднюючому компоненту зростае: на входi в установку концентрашя фено-лiв становить ввд 800 до 1200 мг/дм3. Шдвищення навантаження, в сукупносп з незадовшьним станом установки, перюдичними залповими викидами, масовою загибеллю симбюзу активного мулу та бактерш, знижуе ефектив-шсть очищення до необхiдних норм на мехашчнш стади (ГДК фенолiв - не бшьше 415 мг/дм3) та бюлопчнш стади (ГДК фенолiв - не бшьше 1 мг/дм3). В результат необхадно додаткове розбавлення стоив техшчною водою, iз пiдвищениям собiвартостi очищено! води [2, с. 108; 3, с. 27].
Аналiз останшх досл1джень та публiкацiй
Бiологiчне окислення забруднюючих фенолвмiсних стокiв за допомогою симбюзу активного мулу, фенол- та роданруйнуючих мiкроорганiзмiв на УБХО е складним та недостатньо дослвдженим процесом [2, с. 108].
Очищення коксохiмiчних стоков за допомогою сорбентiв iз природно! сировини представляе великий штерес. Перспективним сорбентом, в якостi адсорбцшного матерiалу, е природна глина - глаукошт [4, с. 199]. Переваги цього мшералу: дешевизна, широке поширення, доступнiсть, термостiйкiсть,зерниста структура, хорошi фшь-трацiйнi та iонообмiннi властивостi, а також можливiсть шляхом хiмiчного модиф^вання змiнювати техноло-гiчнi показники мшералу. Застосування глауконiту дозволяе видалити радюактивш iзотопи iз забруднених вод (на 65-98%), важк метали Pb3+, Sb3+ Cu2+, Ni2+, Fe3+, (94,8-100%), As3+, Cr3+ (33,6-33,8%), очищувати фенолвмiснi стоки також ввд поверхнево-активних речовин, завислих речовин, пестицидiв, гербiцидiв, фенолiв, текстильних барвнишв тощо [4, с 199; 5, с. 1; 6, с. 705; 7, с. 692].
Вщомо про приклади заруб1жних джерел застосування мшеральних глин для очистки води ввд рiзноманiтних органiчних речовин: нафти та нафтопродукпв, фенолiв, роданiдiв, шанщв i т.п. [1, с. 25; 7 с. 119]. Застосування глауконпу в аеротенках в якостi сорбцшного носiя для сапрофiтних бактерiй, свщчить про його надвисоку очисну здатшсть в поеднаннi з екологiчною безпекою [3, с. 29].
На коксохiмiчних шдприемствах для вилучення полютанпв механчним методом застосовують флокуляц1ю: агрегацiя коло!дних i дрiбнодисперсних частинок в крупш пластiвцi в1дбуваеться в результатi адсорбцл макромолекул флокулянта одночасно на декшькох частинках. Використання флокулянту дозволяе шдвищити швидк1сть оса-дження пласпвшв. Розчин полiакриламiду готуеться 0,1% концентрацл та дозуеться у флотатори по 30% [3, с. 29]. Переробка утворених осащв з вилученням цшних компонент1в, дозволяе здiйсиювати 1х утилiзацiю [8, с. 62].
Можливiсть використання глаукоштових глин п1д час БХО, призводить до скорочення термшв запуску об'екпв бiологiчноl переробки в експлуатацш та захищае мiкроорганiзми активного мулу вщ впливу шк1дливих речовин. В Укра1ш використання глауконiту обмежено такими галузями як медицина, будiвництво, сшьське господарство тощо, на вiдмiну ввд кра1н iз розвиненою нафтопереробною промисловютю (Близький Схiд, США). Данi про застосування мшеральних глаукоштових глин, у процесах очистки редких вiдходiв коксохiмiчноl промисловостi, в укра1нськ1й науковiй перюдищ вiдсутнi [1, с. 26].
В процес очищення спчних вод утворюеться осад, що мютить бшьше 95% води. Для забезпечення спри-ятливих умов вивезення шламу, необхвдно зменшити вмют води в осадi, що дозволить розширити можливостi його утишзаци. Осад являе собою суспензш, що виднеться в процесi мехашчно!, бюлопчно! та фiзико-хiмiчноl обробки стiчних вод [9, с. 971]. При мехашчному зневодненш осаду використовуеться спецiальне обладнання: фшьтр-преси, шнековi депдратори i центрифуги рiзноl конструкций Але механiчне зневоднення мае ряд недоль к1в: циклiчний режим роботи; знижуеться витрата доданого осаду протягом циклу; високi експлуатацiйнi витрати (електроенергiя, запчастини, тех. обслуговування); необхвдшсть участi оператора; складнiсть обслуговування системи; шдвищеш швестици.
Зневоднення осадiв слчних вод в природних умовах призначене для отримання вологостi ввд 50 до 80%. Зневоднення здшснюеться в основному сушшням осадiв на мулових майданчиках (рис. 1). Але таких споаб мае низку недолiкiв: низьку ефективнiсть процесу; дефiцит земельних дмнок у промислових районах; забруднення повиряного середовища.
Перспективнiсть методу зневоднення осаду за допомогою технологи Геотуб, полягае в статичному зневодненш, фшьтрацп рщко! фази осаду через стшки Геотуб-контейнерiв з полiмерноl фшьтруючо! тканини, як1 роз-ташованi на спещально шдготовленому дренажному майданчику. Перед подачею в Геотуби, осад обробляеться спещальними добавками: пол1мерним флокулянтом або коагулянтом - для пвдвищення ефективностi фшьтрацп; а також стабшзатором, дезшфектантом, спецiальним реагентом для зв'язування солей важких металiв (при необхiдностi).
Формулювання мети дослiдження
Запропоновано впровадження ефективно! технологи геотекстильних контейнерiв на коксохiмiчних тдпри-емствах при переробцi осащв, як1 утворюються на стадп мехашчного очищення, для зниження антропогенного навантаження на промисловi мiста та досягнення регламентних норм ГДК полютанпв.
Викладення основного матер1алу досл1дження
Кiлькiсне сшввщношення стiчних вод коксохiмiчних шдприемств, на приклащ ПРАТ«ДКХЗ», м. Кам'янського, за джерелами утворення представлено на рис. 2. З наведених даних видно, що найбiльшу кiлькiсть спчних вод складають саме фенольнi води - 53%.
Рис. 1. Сушка на мулових майданчиках
Гиподарсько-Еобупш
Рис. 2. Кшьшсне спiввiдношення ст1чних вод коксох1м1чного пiдприeмства за джерелами утворення
Нами було розроблено еколопчно безпечну технолопю адсорбцшно1 переробки рщких вiдходiв у флотацшних реакторах [8, с. 60], за допомогою яко1 досягнуто зниження негативного впливу токсиканлв на подальше бюлопчне очищення активним мулом.
На ПРАТ «ДКХЗ» в процеа БХО фенолвмюних сток1в утворюються два види осадiв:
Осад, що мiстить смоли, масла та зави^ речовини, в процеа вщстоювання води на стади мехашчного очищення;
Осад, що мютить активний мул з вторинних вщстшнишв або загиблий мул, що освдае в аеротенках.
Нами було проведено випробування зневоднення осаду за допомогою геотекстильних контейнерiв в лабо-раторних умовах, початкова волога якого становила - 92%. Шсля застосування контейнерiв Geotube впродовж 10 днiв, волога осаду знизилася до 50% [8, с. 60].
На рис. 3 зображена шюстращя впровадження технологй' геотекстильних контейнерiв на пiдприeмствi.
Етапи зневоднення за технолопею Geotube зображенi на рис. 4, рис. 5: наповнення суспензieю шламу; зневоднення: фшьтрац1я вiльноï води через стiнки контейнера, значне зменшення обсягу; консолiдацiя: сушка отри-маного осаду, вихiд паровоï води через стiнки.
Рис. 4. Е т апи з неводнення з а техноло rieio Geotu b е
Рис. 5. Етапи наповнення - зневоднення за технолопею Geotube
1тетрукщя з уклaдки:
1. В^ ткюютьдмнпи.
2. Уклаюютьюдонепронишу геомембримповс mnoHepxHino.iгону, включаючи тpaншeю та бepмy по пepимeтpy.
Риc. 6. Iлюcтрaцiя уклaдки водонепроникно'1 геомембрaни
3. Укладають дpeнaжний шap iз щeбeню/гpaвiю або дpeнaжнy атку по вciй пoвepxнi пол1гону, ^м тpaншeï та бepми по пepимeтpy.
4. Пoчинaючизвepxньoгoкpaюпoлiгoнy, пoвepxдpeнaжнoгoшapy poзкoчyютькoнтeйнep Geotube.
Риc.7.Iлюcтрaцiя уклaдaнняповерхщебню/грaвiюконтейнерiвGeotube
5. Вcтaнoвлюють вбудовану cиcтeмy змiшyвaння cycпeнзiï з pearem^^
6. Зaвиc oca,Ay пноглпшнтьчерез зсорупи тучКу зодляостпуньоï перевфки якостбртвойлннт пласпвщв пepeд ocтaтoчнимзaкaчyвaнням в кoнтeйнep Geotube (рта 8 (1)).
Можлилявсяпнлнитигфисор iH ртзвщч*6 сист емлнашрнни т озпядшу щжеш одаочасно в калька кон-
тeйнepiв аблв кожен по чepзi (pиc. 8 (2)).
Риc.8.Вбудовaнacиcтемaзмiшувaнняcуcпензiï i3 зворотною трубою(1) Ta приегрш розвщноТ cиcтеми iiaiii|)iiii\ труб (2)
Висновки
Наведено шльшсне сшвввдношення слчних вод коксохiмiчних тдприемств за джерелами утворення та показано, що найбшьший об'ем складають саме фенольнi води - 53%.
Запропоновано зменшення вмiсту води в осадах, що дозволить розширити можливосл його утилшцд. Надано результата попереднього випробування зневоднення осаду за допомогою геотекстильних контейнерiв в лабора-торних умовах, початкова волога якого становила - 92%, а шсля застосування контейнерiв Geotube впродовж 10 дшв, знизилася до 50%. Задля зменшення антропогенного навантажения на промисловi мiста, запропоновано впровадження переробки осадiв на коксохiмiчних пiдприемствах за допомогою технологи геотекстильних кон-тейнерiв Geotube за такими етапами як наповнення суспензiею шламу; зневоднення; консолiдацiя - сушка отри-маного осаду. Надано iлюстровану iнструкцiю з укладання геотекстильних контейнерiв.
Список використаноТ лiтератури
1. Хавкова К.С., 1ванченко А.В., Макарченко Н.П., Кузьменко В.Ю. Дослiдження технологи адсорбцшного вилу-чення фенолiв та роданщв з рiдких вiдходiв коксохiмiчного виробництва. Вчет записки Тавршського нацюнального утверситету М. В.1.Вернадського. 2020. Том 31(70) № 2. С. 24-28. DOI: https://doi.org/10.31319/2519-2884.37.2020.17.
2. 1ванченко А.В., Хавкова K.G. Технолопчш аспекти вилучення фенолiв та роданiдiв зi спчних вод коксохiмiч-но! промисловостi. Тиждень еколога-2019: зб. матерiалiв доп. учасн. Мжнар. наук.-практ. конф. Кам'янське: ДДТУ, 2019. С. 106-109.
3. 1ванченко А. В., Хавiкова К. G. Комплексне очищення промислових фенольних слчних вод з використанням адсорбентiв з природно! сировини. Вкник Втницького полтехтчного тституту. 2019. № 2. С. 27-34. DOI: https://doi. org/10.31649/1997-9266-2019-143-2-27-34.
4. Хавкова К.С., 1ванченко А.В. Удосконалення технологи очищення стiчних вод коксохiмiчного виробництва iз використанням глауконiту. Чиста вода. Фундаментальт, прикладт та npoMu^oei аспекти: зб. матерiалiв доп. учасн. VII Мжнар. наук.-практ. конф. Ки!в: КП1 м. 1горя Сiкорського. 2021, 25-26 листопада. С. 199-203.
5. Yakub E., Agarry S. E., Omoruwou F. [et al.] Comparative study of the batch adsorption kinetics and mass transfer in phenol-sand and phenol-clay adsorption systems. Particulate Science and Technology. 2019. №. 1. С. 1-11. DOI: https://doi. org/10.1080/02726351.2019.1616862.
6. Mandal A., Dey B.B., Das S.K. Thermodynamics, kinetics, and isotherms for phenol removal from wastewater using red mud. Water Practice and Technology. 2020. Т. 15. №. 3. С. 705-722. D0I:https://doi.org/10.2166/wpt.2020.056.
7. Gladysz-Plaska A. Application of modified clay for removal of phenol and PO43- ions from aqueous solutions. Adsorption Science Technology. 2017. Т. 35. № 7-8. С. 692-699. DOI: 10.1177/0263617417704774.
8. Хавкова К.С., 1ванченко А.В. Удосконалення технологи очищення слчних вод iз утилiзацiею осаду на коксохь мiчних тдприемствах. Вкник Черкаського державного технологiчного утверситету. 2021. № 4. С. 54-67. DOI: 10.24 025/2306-4412.4.2021.248361.
9. Хавкова К.С., 1ванченко А.В. Зневоднення шламу коксохишчних тдприемств за допомогою технологи Геотуб. Fundamental and applied research in the modern world: 8th International scientific and practical conference. (March 17-19, 2021) BoScience Publisher, Boston, USA. 2021. С 968-977.
References
1. Khavikova K.Ye., Ivanchenko A.V., Makarchenko N.P., Kuzmenko V.Yu. (2020) Research on the technology of adsorption extraction of phenols and rhodanides from liquid wastes of coke chemical production. Scientific notes of the Tavri National University named after V. I. Vernadskyi. Vol. 31(70) № 2. P. 24-28. DOI: https://doi.org/10.31319/2519-2884.37.2020.17. [in Ukrainian].
2. Ivanchenko A.V., Khavikova K. Ye. (2019) Technological aspects of extraction of phenols and rhodanides from waste water of the coke industry. Ecologist Week-2019: coll. additional materials participation International science and practice conf. Kamianske: DDTU, P. 106-109. [in Ukrainian].
3. Ivanchenko A.V., Khavikova K. Ye. (2019) Complex treatment of industrial phenolic wastewater using adsorbents from natural raw materials. Bulletin of the Vinnytsia Polytechnic Institute. No. 2. P. 27-34. DOI: https://doi. org/10.31649/1997-9266-2019-143-2-27-34. [in Ukrainian].
4. Khavikova K. Ye., Ivanchenko A.V. (2021) Improvement of the technology of wastewater treatment of coke chemical production using glauconite. Clean water. Fundamental, applied and industrial aspects: coll. additional materials participation VII International science and practice conf. Kyiv: KPI Igor Sikorsky. (November 25-262, 2021). P. 199-203. [in Ukrainian].
5. Yakub E., Agarry S. E., Omoruwou F. [et al.] (2019) Comparative study of the batch adsorption kinetics and mass transfer in phenol-sand and phenol-clay adsorption systems. Particulate Science and Technology. №. 1. С. 1-11. DOI:https://doi.org /10.1080/02726351.2019.1616862. [Nigeria].
6. Mandal A., Dey B.B., Das S.K. (2020) Thermodynamics, kinetics, and isotherms for phenol removal from wastewater using red mud. Water Practice and Technology. Т. 15. № 3. С. 705-722. DOI: https://doi.org/10.2166/wpt.2020.056. [India].
7. Gladysz-Plaska A. (2017) Application of modified clay for removal of phenol and PO43 ions from aqueous solutions. Adsorption Science Technology. T. 35. № 7-8. C. 692-699. DOI: 10.1177/0263617417704774. [Poland].
8. Khavikova K. Ye., Ivanchenko A.V. (2021) Improvement of wastewater treatment technology with sludge disposal at coke chemical enterprises. Bulletin of the Cherkasy State Technological University. No 4. P. 54-67. DOI: 10.24025/2306-4412. 4.2021.248361. DOI: 10.24025/2306-4412.4.2021.248361. [in Ukrainian].
9. Khavikova K. Ye., Ivanchenko A.V. (2021) Dewatering of sludge of coke chemical enterprises using Geotube technology. Fundamental and applied research in the modern world: 8th International scientific and practical conference. (March 17-19, 2021). BoScience Publisher, Boston, USA. P. 968-977. [in Ukrainian].
