Закономірності гідромеханічних процесів розділення суспензії відходів содового виробництва та осідання твердої фази у підземних порожнинах під час їх закладки. Умови транспортування суспензії твердих нетоксичних відходів у розсолі до місць їх захоронення.
Аннотация к работе
На теперішній час недостатньо наукових даних щодо гідродинамічних процесів розподілення твердої та рідкої фаз пульпової суспензії у підземних порожнинах, умов осідання з неї твердої фази, підготовки та транспортування суспензії твердих відходів до місць захоронення, що дозволяє обґрунтовувати проектування процесу підземного захоронення відходів. Таким чином, виявлення закономірностей процесів розділення суспензії відходів содового виробництва підчас закладки у підземні порожнини, умов транспортування суспензії цих відходів у розсолі до місць їх захоронення є актуальною науково-технічною задачею, яку і вирішує дисертаційна робота. Для досягнення зазначеної мети у дисертаційній роботі вирішувалися наступні задачі: - провести патентно-інформаційний пошук літературних джерел щодо структури потоків у розсільних свердловинах, умов розділення пульпової суспензії содового виробництва та транспортування цієї суспензії до місць захоронення; дослідити шляхом математичного моделювання вплив закладки твердих відходів содового виробництва у підземні порожнини на підвищення несучої здатності поверхні порожнини; Вперше у галузі створено наукове обґрунтування розробки процесу захоронення твердих відходів содового виробництва у відпрацьованих розсільних свердловинах, а саме: - отримано математичну залежність умов седиментації шламу в розсолі хлориду натрію від співвідношення розсолу до шламу на основі якої знайдено оптимальні умови приготування пульпової суспензії для її транспортування від підприємства до підземної порожнини;Оскільки фізико-хімічні властивості твердих відходів з відпрацьованого шламанакопичувача змінюються з глибиною та містять речовини, які можуть негативно впливати на процес закладки відходів у підземні порожнини (призводити до інкрустації та корозії устаткування або забруднювати розсіл), були проведені відповідні дослідження складу відходів шламосховища і властивостей пульпової суспензії, передбаченої для закачки в порожнини, а також дослідження процесу осідання і ущільнення твердих часток. Проведене дослідження фізико-хімічних та технологічних властивостей суспензії твердих відходів содового виробництва в розсолі, які впливають на процес її закачування в порожнини та на поведінку у ній. 1) залежність швидкості осідання шламу, в розсолі від співвідношення розсолу до шламу (Р:Т) можна описати залежністю: ,(1) де V - швидкість осідання, мм/с; R - співвідношення Р:Т. При співвідношенні Р:Т=5-6, з урахуванням вологості шламу 35,51 % і суми солей в рідкій фазі шламу 0,38%, швидкість осідання шламу досягає 0,1 мм/с, що відповідає 0,36 м/год; при цьому щільність шламової суспензії складе 1,28-1,32 тон/м3. Для оцінки впливу дифузійного механізму забруднення розсолу була визначена можливість забруднення розсолу іонами кальцію і магнію в лабораторних умовах.У дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу виявлення закономірностей гідромеханічних процесів розділення суспензії твердих відходів содового виробництва підчас закладки у підземних порожнинах, умов транспортування суспензії твердих нетоксичних відходів у розсолі до місць їх захоронення. Аналіз літературних джерел та проведені патентні дослідження показали перспективність використання підземних порожнин з контрольованими геометричними параметрами, утворених підземним розчиненням камяної солі, для закладки твердих нетоксичних відходів, таких як відходи содового виробництва. Виконані дослідження дозволили рекомендувати проведення стадії приготування шламової суспензії. Для інтенсифікації процесу освітлення рідкої фази в соляній камері та запобігання виносу твердої фази з розсолом доцільно використовувати поліакриламід в кількості 30 г на 1 тонну твердих відходів. Дослідження кінетики утворення карбонатних відкладень показали, що для зняття перенасичення по карбонату кальцію, за умов зниження температури при транспортуванні та похованні в порожнинах, достатньо перемішувати суспензію в присутності завислих часток в кількості не менш ніж 120-140 мг/л протягом 15-20 хвилин.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
У дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу виявлення закономірностей гідромеханічних процесів розділення суспензії твердих відходів содового виробництва підчас закладки у підземних порожнинах, умов транспортування суспензії твердих нетоксичних відходів у розсолі до місць їх захоронення. В наслідок проведених досліджень зроблено наступні висновки: 1. Аналіз літературних джерел та проведені патентні дослідження показали перспективність використання підземних порожнин з контрольованими геометричними параметрами, утворених підземним розчиненням камяної солі, для закладки твердих нетоксичних відходів, таких як відходи содового виробництва.
2. Виконані дослідження дозволили рекомендувати проведення стадії приготування шламової суспензії. Визначено, що відношення рідкої до твердої фази повинно бути в межах від 5 до 6. Для інтенсифікації процесу освітлення рідкої фази в соляній камері та запобігання виносу твердої фази з розсолом доцільно використовувати поліакриламід в кількості 30 г на 1 тонну твердих відходів.
3. Дослідження можливості забруднення розсолу іонами кальцію та магнію при незначному вмісту луг показало, що перехід цих іонів дуже незначний та майже не впливає на кондицію розсолу.
4. Дослідження кінетики утворення карбонатних відкладень показали, що для зняття перенасичення по карбонату кальцію, за умов зниження температури при транспортуванні та похованні в порожнинах, достатньо перемішувати суспензію в присутності завислих часток в кількості не менш ніж 120-140 мг/л протягом 15-20 хвилин. Також треба зазначити, що використання в якості рідкої фази суспензії концентрованого соляного розсолу попереджає випадання карбонатних інкрустацій.
5. Виявлено основні закономірності впливу гідродинаміки в соляній камері на процес осідання твердих часток пульпової суспензії. Гідродинамічна структура камери вилуговування сприяє виключенню винесення осідаючих частинок з камери через розсолопідємну колону. За часом оновлення рідини в обємі камери рідиною (а, отже, і часу що надається для осідання), що нагнітається, і структурі гідродинамічних потоків камера вилуговування є якісним відстійником.
6. На підставі математичного моделювання седиментаційних та гідродинамічних процесів в соляній камері визначено оптимальну глибину розташування шламоподаючої колони, яка знаходиться в діапазоні 0,3-0,4 висоти камери.
7. Розроблено математичну модель оцінки зсувів земної поверхні навколо соляних камер, яка дозволяє прогнозувати змінення стійкості земної поверхні при закладці підземної порожнини твердими відходами. Доказано, що використання твердих відходів як тампонажного матеріалу підвищує міцність земної поверхні над камерою та сприяє зниженню просідання пластів ґрунту навколо неї.
8. На підставі отриманого експериментального і теоретичного матеріалу розроблено рекомендації щодо процесів під час приготування, транспортування і закладки твердих відходів содового виробництва у відпрацьованих соляних камерах з одночасним видобуванням розсолу, які дозволяють використати тверді відходи виробництва соди в якості тампонажного матеріалу і підвищити стійкість земної поверхні над підземними порожнинами промислового походження.
10. Розроблені рекомендації прийняті до впровадження на ВАТ „Лисичанська сода” (м. Лисичанськ) при вдосконаленні виробництва кальцинованої соди. Результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес кафедри хімічної техніки та промислової екології НТУ „ХПІ” при викладанні спеціальних дисциплін, курсовому та дипломному проектуванні за спеціальностями 8.070220, 8.070221 та 8.070801.
Список литературы
1. Шестопалов О. В. Влияние структуры потоков жидкости в камере выщелачивания поваренной соли на процессы осаждения твердых частиц / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф. // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ", 2006. - №42. - С. 104-108.
Здобувачем виявлено основні закономірності впливу гідродинамічних факторі в соляній камері на процес осідання твердих часток.
2. Шестопалов О. В. Технические решения по захоронению и закладке отходов химических производств в соляных камерах / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф. // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ", 2007. - №11. - С.103-108
Здобувачем проаналізовано технології закладки відходів хімічних виробництв у підземних порожнинах, зокрема у розсільних свердловинах. Показано перспективність і переваги розробки метода закладки відходів содового виробництва у соляних камерах.
3. Шестопалов О. В. Утилизация сточных вод содовых заводов путем их использования в качестве растворителя каменной соли / Шестопалов О. В., Цейтлин М. А., Райко В. Ф. // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ", 2008. - №3. - С.40-47
Здобувачем було вирішено питання заміни еквівалентної кількості прісної води, яку використовують в якості розчинника, виробничими стічними водами. Представлені результати досліджень стабільності сумішей стічних вод содових підприємств при їх підготовці для транспортування по трубопроводу до розсільних свердловин. Запропоновано принципову технологічну схему підготовки стічних вод для транспортування до соляної камери.
4. Шестопалов О. В. Дослідження процесу закачування шламів у відпрацьовані соляні свердловини на маломасштабних моделях // Інтегровані технології та енергозбереження - Харків: НТУ «ХПІ», 2008. - №1. - С. 37-45
Здобувачем здійснено фізичне моделювання процесу закачування шламів у підземні порожнини і узагальнено отримані експериментальні дані. Описано умови подібності процесів на моломасштабних моделях. Досліджено процес осідання, формування осаду і ущільнення твердої фази відходів содових виробництв у соляній камері.
5. Дослідження процесу осідання твердої фази пульпової суспензії при транспортуванні і похованні відходів содового виробництва / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф., Лясота О. В. // Вісник Тернопільського державного технічного університету імені І. Пулюя. - Тернопіль: ТДТУ, 2008. - №4. - С. 215 - 221.
Здобувачем проведено дослідження осідання твердої фази пульпової суспензії із застосуванням домішок. Визначено, що осідання твердої фази відходів содового виробництва найбільш інтенсивно відбувається в присутності поліакриламіду.
6. Шестопалов О. В. Дослідження кінетики утворення карбонатних інкрустацій при змішенні і транспортуванні пульпової суспензії. / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф. // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ", 2008. - №8. - С. 28 - 33.
Здобувачем проведено дослідження можливості утворення карбонатних інкрустацій при змішенні і транспортуванні відходів содового виробництва. На основі експериментальних даних запропонований механізм стабілізації шламу перед транспортуванням до соляних камер.
7. Шестопалов О. В. Вплив гідродинаміки на осідання твердої фази відходів содового виробництва в камері вилуговування. / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф. // Східно-Європейський журнал передових технологій. Харків: Технологічний центр, 2008 - №6/4 (36) - С. 50 - 55.
Здобувачем шляхом моделювання отримані залежності швидкостей руху рідини від радіусу камери. Визначено, що рух рідини в підземній соляній камері, який викликається механічними силами, сприяє осіданню твердих часток.
8. Шестопалов О. В. Моделювання процесу осідання твердої фази в соляній камері під час закладки її відходами / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф. // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ", 2010. - №4. - С. 18 - 24.
Здобувачем розроблено математичну модель осідання твердої фази в соляній камері під час закладки її відходами, на підставі якої можливо прогнозувати розподіл концентрації відходів та густини розчину по всьому обємі камери.
9. Пат. №35317 А Україна, МПК 7 B65G5/00, E21F 17/16. Спосіб закладки твердих відходів содових виробництв в підземних соляних камерах / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф.; заявник та власник патенту Шестопалов О. В. - № u200804917; заявл. 16.04.2008 ; опубл. 10.09.2008, Бюл. № 17
Здобувачем запропоновано спосіб закладки твердих відходів содових виробництв в підземних соляних камерах з одночасним видовбуванням розсолу.
10. Шестопалов О. В. Исследование стабильности химических смесей, составленных из промышленных сточных вод содового завода / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф.: матеріали V Міжнародної конференції “Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних проблем екологічної безпеки”, (Чернівці, 5-6 травня 2006 р.) // Чернівці: "Зелена буковина", 2006. - С. 391-394.
Здобувачем проведено дослідження стабільності хімічного складу стічних вод содових підприємств, перспективних для закладки у соляних камерах, з одночасною утилізацією рідкої фази шляхом використання її в якості розчинника камяної солі при видобуванні хлорнатрієвих розсолів.
11. Шестопалов О. В. Технология утилизации отходов содового производства в отработанных соляных скважинах / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А. // Матеріали ІХ Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство» (Київ, 17-19 травня, 2006 р.) // Київ: НТУУ «КПІ», 2006. - С. 145
Здобувачем запропоновано використання твердих відходів содових виробництв в якості тампонажного матеріалу для підвищення стійкості земної поверхні зони розсолопромислу.
12. Шестопалов О. В. Закладка отходов содового производства в отработанные соляные скважины / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А.: тези доп. V Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів «Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів» (Донецьк, 11-13 квітня 2006 р.) // Донецьк: ДОННТУ, 2006. - С. 40-41
Здобувачем проведено дослідження процесу осідання твердої фази відходів содових виробництв у розсолі в присутності домішок, на підставі чого були надані рекомендації по вибору устаткування для транспортування відходів на закладку.
13. Шестопалов О. В. Утилизация отходов содового производства путем их закладки в подземные пустоты / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Адамчук Б. І. : тези доп. Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Екологічна безпека держави», (Київ, 17-20 квітня 2007 р.) // Київ: НТУУ «КПІ», 2007. - С. 134-136
Здобувачем запропоновано схему закладки шламу, який містить відходи содових виробництв, у соляну камери з одночасним видобуванням розсолу шляхом розчинення камяної солі.
14. Утилизация твердых отходов содового производства. / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф., Естефане П. Х.: тези доп. ХІІ науково-методичної конференції «Людина та навколишнє середовище-проблеми безперервної екологічної освіти в вузах», (Одеса, 12-15 вересня 2007 р.) // Одеса: «Ізмаїл», 2007. - С. 110
Здобувачем запропоновано закладки відходів содових виробництв, які не мають економічно обґрунтованих методів утилізації, у розсільні свердловини з метою підвищення рівня екологічної безпеки виробництва соди і зменшення негативного впливу гірничої промисловості.
15. Шестопалов О. В. Дослідження процесу закачування шламів у відпрацьовані соляні свердловини на маломасштабних моделях / Шестопалов О. В., Цейтлін М. А., Райко В. Ф.: матеріали Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів «Екологічна безпека держави», (Київ, 15-18 квітня 2008 р.) // Київ: НАУ, 2008. - С. 161-162
Здобувачем досліджено процеси седиментації шламу з шламової пульпи, дифузія іонів кальцію і магнію у надпульпову зону розсолу, формування зони шламів, що ущільнюються. Представлені рекомендації для запобігання виносу дрібнодисперсних часток з камери з розсолом.