Рекуперативная технология утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительные материалы с использованием пластификатора С-3

УДК 87.53.91 + 691.5

Р. Ш. Валеев, И. Г. Шайхиев РЕКУПЕРАТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ ВОДОПОДГОТОВКИ В СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАСТИФИКАТОРА С-3

Ключевые слова: Шлам водоподготовки, строительные материалы, модификация, пластификатор.

Исследована возможность использования шлама водоподготовки в качестве компонента гипсового вяжущего с модификацией пластификатором. Найдено, что добавление пластификатора в количестве 0,5 % в составе гипсового вяжущего способствует достижению прочностных характеристик и требуемых сроков схватывания согласно ГОСТ 125-79.

Keywords: Sludge water treatment, construction materials, modification, plasticizer.

The possibility of using sludge water as a component of gypsum with a modification of the plasticizer was investigated. We found that the addition of a plasticizer in an amount of 0.5% in the gypsum contributes to the strength characteristics and the required setting time according to GOST 125-79.

В настоящее время сложилась стабильная тенденция, что с ростом мощностей переработки нефти, производства нефтехимической продукции увеличивается потребление вспомогательных продуктов производства, в том числе в виде химически очищенной умягченной и обессоленной воды. Необходимость получения последней на нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах определено технологическими схемами работы установок производства, в частности, водорода и чистой терефталевой кислоты.

Также, подготовка и получение умягченной химобессоленной воды на нефтеперерабатывающих заводах обусловлена необходимостью предотвращения отложений, нарушений теплового режима в котлах-утилизаторах выработки водяного пара за счет тепла дымовых газов трубчатых печей, регенераторов катализатора и тепла нефтяных фракций на установках электрообессоливания нефти (ЭЛОУ), выделения серы, установках каталитического крекинга, висбрекинга, гидрокрекинга нефти и т.д.

Продукты накипеотложения значительно снижают коэффициент полезного действия котлов-утилизаторов, следствием чего, являются повышенные нормы расхода, снижение температурных показателей продуктов получения водяного пара, вынужденному сокращению сроков безремонтного пробега сетей и оборудования.

Поверхностью кристаллизации солей в системе котлов-утилизаторов являются внутренние поверхности нагрева котла, кроме того, коллоидные частицы и взвешенные вещества в составе воды, образующие в процессе седиментации «вторичный» слой накипи.

Любые отложения на поверхностях теплообменного оборудования, котлов и трубопроводах значительно уменьшают теплопроводность данных элементов системы. Накипеотложения и шламоскопление в котле и трубопроводах может привести к нарушению проектных условий гидравлики системы циркуляции воды, повышению путевых потерь напора за счет создания участков местных сопротивлений потоку воды, и, следовательно, затрат на перекачку воды.

Кроме того, накипеотложения изменяют равномерность нагрева поверхностей теплообменного оборудования. Так, в местах образования накипи резко повышается температура поверхности нагрева, что несет риск снижения прочностных характеристик металла, появлению свищей, разрушению целостности трубопроводов, появлению участков «питтинговой» коррозии.

Все вышеуказанные негативные последствия использования природных вод в целях получения пара и тепла, уменьшают срок службы оборудования и системы в целом, снижают

41

производительность оборудования, сокращают сроки межремонтного пробега оборудования, увеличивают потребление энергии.

В связи с этим вопросы обеспечения надлежащего качества воды, как исходного ресурса для осуществления процессов нефтепереработки и выпуска нефтехимической продукции, приобретают особую актуальность и требуют полноценной системы химводоподготовки природных вод.

В результате такой работы, на различных стадиях химводоподготовки природных вод, образуется значительное количество побочных продуктов производства, шламсодержащих стоков.

Из источников воды, которые используются для целей водоснабжения нефтеперерабатывающих производств, на стадии предварительной очистки воды установок химводоподготовки, требуется удаление грубой и тонкой взвеси размером 0,01^0,001мм (пески, глины, продукты коррозии и т.д.), а также дисперсно-коллоидных частиц с размером

0,001^0,00001мм (органические соединения, окислы металлов и т.д.).

Удаление тонкой взвеси и дисперсно-коллоидных частиц, как правило, осуществляется посредством коагуляции воды. В целях углубления очистки воды, удаления углекислоты, снижения солесодержания исходной воды с одновременным её умягчением и при низких значениях карбонатной жесткости (например, в период паводка), в процессе коагулирования воды, дополнительно, прибегают к известкованию воды.

Коагулирование и известкование основано на связывании ионов, подлежащих удалению, в малорастворимые соединения, осаждаемые в виде шлама, который затем удаляется из осветлителей с продувочными шламовыми стоками на шламонакопители для обезвоживания и долгосрочного хранения шлама или совместно с другими стоками нефтеперерабатывающих производств для последующей переработки на очистные сооружения.

Размещение шламовых стоков на шламонакопителях или их переработка совместно с другими стокам НПЗ на очистных сооружениях с последующим образованием дополнительного объема шлама «кека» - огромная проблема, как для эксплуатирующих нефтеперерабатывающих предприятий, так и для экологии района размещения шлама.

Применяемые в настоящее время технологии обезвоживания и долгосрочного хранения шлама требует постоянного отвода, отчуждения значительных площадей земельных участков и их последующего полного загрязнения, без возможности дальнейшей эксплуатации данных участков, как в сельскохозяйственных, так и промышленных целях.

В связи с этим очевидно, что проблема ликвидации шламов предочистки является актуальной эколого-экономической задачей в масштабах всей Российской Федерации.

В условиях роста общего количества промышленных отходов, шламов, повышения их негативного влияния на окружающую среду, дефицита сырьевых ресурсов и увеличения затрат, связанных со сбором отходов, шламов, их удалением на полигоны, шламонакопители, а также необходимости их хранения или захоронения, задача выбора оптимального сценария утилизации шлама предочистки становиться более актуальной.

Одним из направлений решения данной проблемы может являться расширение производства и применение в строительстве эффективных материалов и изделий на основе вторичных продуктов производства [1, 2] и шламов сточных вод.

Химический состав высушенного шлама предочистки, в частности, образующегося при водоподготовке на Нижнекамской ТЭЦ-1, приведен на рис. 1. Химический состав шлама химводоподготовки позволил рекомендовать последний в качестве наполнителя строительного гипса.

Проведенные исследования [3] показали целесообразность использования шламов предочистки в качестве наполнителя композиционного гипсового вяжущего (КГВ) при производстве сухих строительных смесей. Найдено, что введение в состав строительного гипса шлама химводоподготовки в количестве 14,7 % позволяет замедлить сроки схватывания

гипсовой композиции с 8 до 28-30 минут, сохранить прочность на уровне контрольного состава, а также повысить коэффициент размягчения с 0,3 до 0,39-0,4

Рис. 1 - Химический состав шлама предочистки Нижнекамский ТЭЦ-1

С целью модификации физико-технических свойств полученного КГВ проведено дополнительное изучение возможности утилизации шлама предочистки как наполнителя вяжущего в присутствии химической добавки - суперпластификатора С-3. Последний представляет собой натриевые соли комплексного продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, с физико-техническими характеристиками, приведенными в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-технические характеристики добавки С-3

Характеристика Норматив

1. Массовая доля компонентов, %: а) активного вещества в пересчете на сухой продукт, не менее б) золы в пересчете на сухой продукт, не более в) воды, не более 2. Показатель рН водного раствора с массовой долей продукта 2,5 % 69 38 10 (сухой продукт), 68 (жидкий) 7,0 - 9,0

В твердофазном состоянии суперпластификатор С-3 (в объеме 0,1 - 1% от массы композиционного вяжущего) вводился в состав композиции, содержащей оптимальное ранее установленное [3] количество шлама предочистки.

Установлено, что введение в состав КГВ суперпластификатора С-3 позволяет снизить водопотребность гипсового вяжущего на 11 % при концентрации добавки 0,5 % и на 14 % при 1 %-ной концентрации добавки С-3. При этом с увеличением количества добавки с 0,1 до 1 % наблюдается ускорение сроков схватывания гипсового теста (рис. 2).

Рис. 2 - Влияние суперпластификатора С-3 на нормальную густоту и коэффициент размягчения КГВ

Рис. 3 - Влияние суперпластификатора С-3 на прочность КГВ

Так, если при введении 0,1 - 0,5 % химической добавки начало схватывания композиции наступает через 30 минут (для КГВ без добавки С-3 не ранее 36 минут), то увеличение количества суперпластификатора до 1% ускоряет сроки начала схватывания до 23 минут.

Прочность гипсового камня через 28 суток при введении 0,1% и 0,5% суперпластификатора С-3 повышается по сравнению с КГВ без добавки С-3 до 8,41 МПа и 7,83 МПа соответственно (рис. 3).

Таким образом, экспериментальным путем определено, что рациональным количеством добавки С-3 в составе КГВ (модифицированного утилизируемым шламом), при котором обеспечиваются требования ГОСТ 125-79 в части прочностных характеристик гипсового камня и требуемых сроков схватывания, является концентрация 0,5 %.

Разработанный способ получения композиционного гипсового вяжущего вполне может служить одним из основных вариантов решения актуальной эколого - экономической задачи по утилизации скопившихся в шламонакопителях, полигонах РФ шламов предочистки установок химводоподготовки.

Кроме того, применение шлама предочистки в качестве наполнителя КГВ позволит снизить себестоимость, энергоемкость производства гипсового вяжущего, снизить экологические платежи промышленных предприятий, также, за счет снижения себестоимости строительного материала снизить стоимость строительных работ, а самое главное ликвидировать отрицательное воздействие шламонакопителей, шлама на окружающую среду.

Литература

1. Катнова, Р.Р. Исследование антикоррозионных свойств эпоксиэфирных покрытий, содержащих ферритные пигменты, полученные с использованием в качестве сырья промышленных отходов / Р.Р. Катнова, А.В. Вахин, С.Н. Степин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т.14, № 11. -С. 99-101.

2. Пермяков, Е.Н. Керамические электротехнические материалы на основе минеральных отходов / Е.Н. Пермяков [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та . -2011. - Т. 14, № 7 . - С. 27-32.

3. Валеев, Р.Ш. Утилизация шламовых отходов теплоэнергетических централей при производстве строительных материалов / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Экология и промышленность России. -2010. - № 2. - С. 28-29.

© Р. Ш. Валеев - нач. цеха очистных сооружений ОАО «ТАНЕКО», соиск. каф. инженерной экологии КНИТУ; И. Г. Шайхиев - канд. техн. наук, зав. каф. инженерной экологии КНИТУ, ildars@inbox.ru.