Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Эколого-биотехнологические аспекты очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ

Диссертация: Эколого-биотехнологические аспекты очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Геотехнологическая специфика разработки угольных месторождений характеризуется значительным водопритоком в горные выработки из вышележащих горизонтов и вмещающих пород. Поступающая в шахту вода при этом насыщается мелко раздробленными частицами угля, породы, нефтемаслопродуктами от технологических процессов добычи и транспортировки угля. Причем доля загрязнения биосферы углистыми веществами… Читать ещё >

Содержание

  • ВВЕДЕНИЕ
    • 1. 0. Эколого — биотехнологические сведения об углеотходах в угольной промышленности
    • 1. 1. Общая характеристика углеотходов в угольной промышленности
    • 1. 2. Геотехнологический процесс формирования шахтных вод в горных выработках угольных предприятий
      • 1. 2. 1. Основные сведенья о составе шахтных вод
    • 1. 3. Основные сведения о влиянии взвешенных веществ на окружающую среду
    • 1. 4. Эколого — биотехнологические направления утилизации 25 стр. углеотходов
    • 1. 5. Цель и задачи исследований
  • ВЫВОДЫ
    • 2. 0. Биотехнологические принципы очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ
    • 2. 1. Биологическая природа процесса. 28 стр. 2.1.1 .Микробиология. 28 стр. 2.1.2. Фактор температуры. 32 стр. 2.13. Фактор рНсреды
    • 2. 2. биотехнологические особенности процесса очистки шахтных вод от взвешенных углеотходов
      • 2. 2. 1. Общие принципы
      • 2. 2. 2. Гомогенный прием
      • 2. 2. 3. Гетерогенный прием
      • 2. 2. 4. Фактор аэрации. 42 стр. вывода
    • 3. 0. Лабораторные исследования биотехнологического процесса разрушения буроугольных веществ в шахтных водах
    • 3. 1. Требования к аппаратурному оформлению лабораторных установок
      • 3. 1. 1. Лабораторная установка для гомогенного процесса
      • 3. 1. 2. Лабораторная установка для гетерогенного процесса
    • 3. 2. Характеристика объектов исследований
    • 3. 3. Методика лабораторных экспериментов
      • 3. 3. 1. Получение рабочего объема бактериальной суспензии
      • 3. 3. 2. Контроль параметров протекания процесса биоразрушения буроугольных веществ в шахтных водах
      • 3. 3. 3. Статистическая обработка результатов экспериментов
      • 3. 3. 4. Результаты лабораторных исследований
    • 3. 4. Изучение процесса биотехнологического разрушения углистого вещества при контакте с буроугольным субстратом
      • 3. 4. 1. Определение константы скорости роста микробной популяции и динамики изменения концентрации взвешенных веществ
      • 3. 4. 2. Изучение динамики изменения средних значений выхода гумусового вещества в аппаратах гомогенного и гетерогенного типов при непрерывном режиме водопритока
  • ВЫВОДЫ
    • 4. 0. 0. ытная оценка эффективности биотехнологии разрушения буроугольных отходов в шахтных водах
    • 4. 1. Объект исследований
    • 4. 2. Результаты экспериментов
    • 4. 3. Анализ результатов опытных экспериментов
    • 4. 4. Экономическая оценка биотехнологии очистки шахтных вод от взвешенных буроугольных отходов
  • выводы
    • 5. 0. Биотехнологический регламент реализации очистки шахтных вод от взвешенных буроугольных веществ
    • 5. 1. Методика расчета параметров
    • 5. 2. Пример расчета параметров биотехнологического регламента очистки шахтных вод от взвешенных буроугольных отходов

Эколого-биотехнологические аспекты очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы. Современное развитие угольной промышленности характеризуется переводом экономики отрасли на рыночные отношения и закрытия в ряде случаев не рентабельных производств. Несмотря на снижение объемов добычи угля отрасль продолжает оказывать негативное влияние на компоненты биосферы, что выражается, прежде всего, в накоплении твердых отходов, изменение состояния почв и ландшафтов, загрязнении атмосферного воздуха и водных ресурсов аэрозолями и взвешенными веществами соответственно.

Геотехнологическая специфика разработки угольных месторождений характеризуется значительным водопритоком в горные выработки из вышележащих горизонтов и вмещающих пород. Поступающая в шахту вода при этом насыщается мелко раздробленными частицами угля, породы, нефтемаслопродуктами от технологических процессов добычи и транспортировки угля. Причем доля загрязнения биосферы углистыми веществами от сточных вод угольных шахт достигает 64%. Состав взвешенных углистых веществ определяется марками углей разрабатываемого месторождения.

Для осушения горных выработок в основном применяется откачка загрязненных шахтных вод на поверхность в специально сооружаемые для этого пруды отстойники. Накапливаемый угольно-породный шлам в настоящее время практически не утилизируется. В связи с этим приходится решать задачу, связанную с возможностью предварительной очистки откачиваемых вод от взвешенных веществ непосредственно в подземных условиях угольных шахт.

Однако существующие способы очистки воды в шахтных условиях на базе использования стационарных отстойников с наклонными камерами осветления и эрлифтовых установок требуют значительных капитальных вложений и поэтому не нашли широкого применения.

Вместе с тем известно, что углистое вещество представляет собой углеводородное соединение, которое по свидетельству отдельных исследований может быть использовано в качестве основного источника питания для определенных видов микроорганизмов. Данное обстоятельство послужило основой для разработки направлений биоконверсии углеотходов для получения газообразных энергоносителей и биотехнологического восстановления почв, загрязненных отходами в районах действующих угольных предприятий. Конечным продуктом утилизации углеотходов при этом являются метан, водород и гумусовое вещество соответственно.

Развитие прикладной микробиологии доказывает высокую эффективность биотехнологических процессов при реализации цикличных и непрерывных режимов. В этой связи следует отметить тот факт, что экологические параметры угольных шахт практически полностью отвечают требованиям реализации биотехнологического способа очистки шахтных вод от взвешенных веществ.

Сущность биотехнологического способа заключается в свойстве определенных видов микроорганизмов осуществлять процесс деструкции сложных углеводородных соединений до простых веществ с последующим синтезом из них веществ, которые не противоречат составу самой природы. Поэтому разработка биотехнологии уменьшения углистых веществ в жидких отходах угольной промышленности является актуальной научной задачей.

Цель работы — повышения эффективности природоохранных мероприятий в угольной промышленности на основе биотехнологии очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ.

Идея работы — заключается в способности определенных видов микроорганизмов в нормальных термодинамических условиях угольных шахт осуществлять расщепление углистых веществ в шахтных водах и синтезировать из продуктов расщепления гумусовое вещество.

Задачи исследований включают:

• провести эколого — биотехнологический анализ сведений об углеотходах в угольной промышленности и обоснование очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ;

• рассмотреть эколого — биотехнологические принципы очистки шахтных вод от углистых веществ;

• выполнить лабораторные исследования биотехнологических процессов очистки шахтных вод от буроугольных отходов;

• провести опытную оценку эффективности биотехнологии очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ с учетом экономических показателей;

• разработать биотехнологический регламент реализации очистки шахтных вод от взвешенных веществ в условиях угольного предприятия.

Научные положения, выносимые на защиту и их новизна. Выполнено обоснование эколого — биотехнологических решений очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ на основе использования смешанной культуры, включающих в себя Azotobacter chroococcum, Bacilus meqaterium и Methylosinus tricnosporium микроорганизмов, которым соответствуют геотехнологические условия горных выработок угольных шахт по показателям Т °С, рН среды и химический состав водопритока.

Установлено, что при протекании биотехнологического процесса очистки воды наблюдается эффект иммобилизации клеток на поверхности буроугольных отходов вследствие наличия разницы потенциалов между ними. Динамика изменения рН среды при этом носит затухающий колебательный характер от 7,0 до 6,0 с установившимся значением 6,5.

В шахтных условиях биотехнологическое разрушение углистого вещества в сточных водах протекает при температуре 20−30 °С, рН воды 7,0 — 6,0, что соответствует типичным горизонтам буроугольных шахт, при реализации непрерывного режима водопритока.

Биотехнология очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ включает четыре основные фазы протекания процесса: — первая фаза — гидролиз буроугольного вещества до образования органических соединений сложного состава- - вторая фаза — метанообразование, обусловленная биоконвертированием гидролизного продукта в биогаз, включающий в себя метан, водород и частично оксид углерода с накоплением биомассы консорциума микроорганизмов- - третья фазаметаноокисление, включающая в себя последовательный процесс по схеме метан —> метанол —> формальдегид муравьиная кислота —*¦ углекислый газ с приростом биомассы при этом- - четвертая фаза — автолиза, характеризуется естественным распадом биомассы консорциума микроорганизмов и формированием гумусового вещества.

Экологическая значимость биотехнологического процесса очистки шахтных вод от буроугольных взвешенных веществ заключается в получении из них гумусового вещества.

Разработана методика расчета параметров биотехнологического регламента, которая базируется на учете 36 исходных данных, включающих горнотехнические, физико-химические и биологические факторы, в том числе 13 расчетных уравнений.

Достоверность научных исследований обусловлена проведением теоретических, лабораторных и опытных исследований с учетом эколого-экономической оценки процесса на базе установления надежности полученных результатов по общепринятым статистических методах обработки полученных данных, на основе критериальной оценки константы скорости развития бактерий в реальных подземных условиях угольных шахт.

Научная ценность работы состоит в раскрытии физико-химического механизма фазовой последовательности биодеструкции углистых веществ в сточных водах угольных шахт с последующим биоконвертированием из продуктов гидролиза углеводородов гумусового вещества.

Установлено, что процесс биодеструкции углистого вещества в сточных водах угольных шахт сопровождается затухающим колебательным процессом изменения рН среды от 7,0 до 6,0 и стабилизацией кислотно-щелочного баланса рН=6,5 в интервале температур 20−30 °С.

Практическое значение работы заключается: — в разработке биотехнологического регламента реализации очистки сточных вод от взвешенных веществ в геотехнологических условиях буроугольных шахт и метода расчета основных параметров протекания процесса в непрерывном режиме водопритока со средней эффективностью 54% биоутилизации буроугольных отходов с откачкой очищенной воды на поверхность, обогащенной гумусовыми веществами до 2,4 г/л сут.

Апробация работы: основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях по направлению экология и безопасность жизнедеятельности экологического факультета Российского Университета Дружбы Народов в 2000, 2001, 2002 и 2004 годах и научно-методических семинарах кафедры Промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности.

Публикации:

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 3-х печатных работах.

Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 106 стр. машинописного текста, содержит 23 рисунка, 20 таблиц и список используемых литературных источников из 94 наименований отечественных и зарубежных авторов.

выводы.

Предложена методика расчета параметров биотехнологического процесса очистки шахтных вод от взвешенных буроугольных веществ, включающая в себя 36 исходных данных.

Разработаны расчетные зависимости параметров биотехнологического процесса очистки шахтных вод от буроугольных веществ на базе 13 уравнений.

Выполнен пример расчета биотехнологического регламента.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.С., Гринько HJC, Ковальчук АБ. «Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых» — М.: Недра, 1978 г., сф. 150.
  2. А.С., Гринько Н. К., Черняк И Л «Процессы подземных горных работ» -М.: Недра, 1976 г.
  3. ВВ. «Огкрьпые горные работьо> часть 2 — М.: Недра, 1985 г. 4. Меркулов ВА. «Влияние подземной добычи на природу» Учебное пособие.-^овочфкасск ЛПИ, 1980 г., 88с.
  4. Волков В Л «Геология и 05фана ресурсов ископаемых углей (месторождение мощных угольных пластов)» — Л: Недра, 1985 г.
  5. Матвеева AJC «Геология угольных месторождений СССР» — М.: МГУ, 1990 г.
  6. А.С., Кузюкова Ф. Ф. «Краткий справочник горного инженера угольной uiaxTbD> — М: Недра, 1982 г., 454с. 8. Коссинский В А., Корнилов ЮН., Поляковская ЕЛ., Черников АБ. «Минеральное сьфье. Уголь» — М: ЗАО «Геоинформмарк» 1997 г.
  7. МЛ. «Химия угля» — М: Недра, 1976 г.
  8. ЯЗ. «Грамм дороже тонны. Редкие элементы в углях» — М.: Наука, 1989 г., 160с.
  9. Липович BJ»., Колабин ГА., Кллечиц ИВ. и другие «Химия и переработка угля» -М.: Химия, 1988 г., 336с.
  10. Митрофанов СЛ, Варсюш ЛА., Самыгин В. Д. «Исследование полезных ископаемых на обогатимость» — М: Недра, 1974 г.
  11. АЭ. «Выделение метана в угольной шахтах» — М: Наука, 1975 г.
  12. ОгадникоБ rJL «Самовозгорающиеся угли и породы, их геохимическая характеристика и метод опознавания» — М: Недра, 1956 г.
  13. Кузнецов С Л., Иванов MB., Ляликова НЛ. «Введение в геологичеа^то микробиологию"-М.: Наука, 1962 г.
  14. В.Р. «Изуче1ше сопутствуюпщх полезных ископаемых при разведке угольных месторождений» — М.: Недра, 1979 г. 272с.
  15. Ласкорин Б Л., Барский JLA., Персиц ВЗ. «Безотходная технология переработки минерального сырья. Системный анализ» — М.: Наука, 1984 г.
  16. Мосинец В Л, Грязнов MB. «Горные рабогы и 01фужающая среда» — М: Недра, 1978 г.
  17. Кузнецов ЮС, Смородинов MPL, Шахмейстер ЛГ., и другие «Проектирование природных комплексов» — М: Недра, 1974 г. 232с.
  18. Т.Ф. «Породные отвалы большой производительности, оборудованные ленточными конвейерами» -Уголь YiqpaHHbi. 1964 г. № 2.
  19. КЗ. «Справочник по рудной вентиляции» — М.: Недра, 1977 г.
  20. Калмыков ЕЛ «Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки» — М: Недра, 1973 г.
  21. СЛ. «Влияние обводнения многопластовых газовых и газоконденсатных месторождений на их разработку» — М: Недра, 1973 г.
  22. Е.С., Малеев ВБ. «Снижение загрязненности шахтных вод в подземных условиях» -К, Тэхника, 1991 г. 136с.
  23. Мительман Д. Я-, Немковский Б Д Вековшинина СЛ. «Классификация шахтных вод упшьньк месторождений СССР. Шахтные воды» -в кн. Лаучные труды ПермНИУИ, вьш. 15.-Пермь. 1973 г. 43−49с.
  24. ПЕ. «Технологическая оценка минерального сырья. Опьггные установки» — М.: Недра, 1991 г.
  25. Афанасьев Г Д, Зьжов СМ. «Гео^дюнологическая шкала фанерозоя в свете новых значений постоянного распада» — М: Наука, 1975 г.
  26. Эггангер И Л «Физическая химия газоносного угольного пласта» — М: Наука, 1981.
  27. MA., Воловик ЕА., Гасюкевич BJC «Состояние и перспекгивы развития главных водоотливных установок на угольных шахтах» / Обзор информ. // ЦНИИЭИуголь — М.: 1980 г.
  28. Е.С., Рудакова НЮ., Казимиренко НВ. «Исследование загрязненности шахтных вод» // Уголь Украины — 1983 г. № 2.
  29. Монгайт И Л, Текиниди КД., Николадзе ГЛ. «Очистка шахтных вод» — М.: Недра, 1978 г.
  30. ИЛ. «Экологический энциклопедический словарь» — Кишинев.: Гл. редакция Молдавской Советской Энциклопедии, 1989 г.
  31. ВБ., Мартгьшов ЮЛ., Проскуряков ВА. «Термолиз Канско- Ачинского угля в расплавленной среде» ПрепринтУЛенингр. Технолог. Ин-т-Л.: 1982.
  32. ВА. «Очистка и использование сточных вод предприятий угольной промьшшенности» — М: Недра, 1981.
  33. О.В. «Разработка биохимического способа снижения углистых веществ в твфдьж отходах энергетической промьшшенности ТЭК, с учетом экологической безопасности» Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. — М: ФоццыРУДН, 2000 г.
  34. НЛ. «Исследование мер по защите и восстановлению растительного слоя почв и земельных угодий, подвергшихся воздействию горных разработок в буроугольных месторождениях» Дисс. на соиск. уч. ст. K.T.H. -М: ФоццыРУДН, 1991 г.
  35. ИА. «Совершенствование щюцесса биоконверсии углеотходов в энергоносители посредством выбора биологически активного комплекса» Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. — М: Фонды РУДН, 1995 г.
  36. ИВ. «Разработка способа получения энергоносителя из углистого вещества отходов угольной промышленности на основе биотехнологии» Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. — М.: Фонды РУДН, 1992 г.
  37. Ф. «Биохимическая технология и микробиологичесюш синтез» — М: Медицина, 1969 г.
  38. MB. «Геологическая деягельность микроорганизмов» — М.: Науга, 1975 г.
  39. А. «Die Rolle der Kohle als Ener^e — und RohstDfiftragen) / Chem. Ing. Tech. v60 p. 187−192,1986. 42. Нестеров АЛ., Назаренко AJB., Москаленко ЭМ., Смольянинов HP. «1Саменный уголь 1сак специфическая среда обитания микроорганизмов» MиIqpoбиoлoг, пpoм., 1975, № 1(121).
  40. B. «Lignite — degrading fimgl isolated fiDm awcatehered outerop». /System. Appl. Microbiol. 1985. v. 6, p. 236−238.
  41. Scott CD., Strandbeig G.W., Lewis SJN. «Microbial solubiliration of соаЬ>У Biotechnol. Prog. 1986. v.2. p. 131 -139. 45. Gupta PX., Spiher JX., Crawford Db. «Biotransfonnation of coal by ligninolytic Strepfomyces"y Can. J. Microbial. 1988. v. 34. p 667 — 674.
  42. Hewitt L J». «Oxidation Reduction Potentials in Bacteriology and Biochemistry», Edinburgh-1950.
  43. И., Фепил 3. «Непрерялвное 1^льтивирование мшдхюрганизмов» — М: ГЬацевая промышленность, 1968.
  44. БД. «Исследование и разработка параметров микробиологического воздействия на угольный пласт в непрерьшном режиме с целью управления его состоянием» Д1сс, на соиск. уч. ст. к.т.н. -М: Фонды МГИ, 1976.
  45. В^эфоломеев С Д., Калюжный В."Биотехнолоп1Я. Кинетические основы микробиологических процессов» уч. пособие для биол. и хим. спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1990 г. 57. «Горная э1шщлопедия"-М.: Сов. Энциклопедия, т. 1−5., 1984−1991г.
  46. ЭМ., Перминов БЛ., Смольянинов HP., Сусленков Б. Д. «Авторское свидетельство» № 407 059 СССР, 1974г.
  47. Терт СДж. «Основы г^^льтивирования микроорганизмов и клетою> — М.: Мир, 1978 г. 52. Разумов КА., Перов В А. «Проеюирование обогатительных фабрик» 4 изд. -М.: Недра, 1982 г.
  48. АЛ., Сусленков БД, Старовойтова ГА. «Оптимизация питательного минерального раствора для метанокисляющих бактерий» -М.: Прикладная биохимия и микробиология, 1973, т. 9. вып. 6. -М.: АНСССР.
  49. Малков HJB. «Натурные исследования биоутилизации твердых отходов угледобычи. Эколого-экономические проблемы биотехнологии в горной промышленносга» — М: ЦПВНГГО, 1990 г.
  50. Перт СДж. «Основы 1ошьтивирования микроорганюмов и клетою> — М: Мир, 1978 г. 56. Пегуркин Н. С. «Популяционная микробиология» — Новосибирск.: Наука, 1978 г.
  51. НГ., Лях CJL «Экобиотехнологический потенциал консорциумов микроорганизмов» — М.: ВРШИТИ, 1990 г.
  52. Н. «TTie Nature of Fennentation Fluids» Adv. Biochem. Eng, 1., 1971.
  53. Андреев С£., Перов ВА., Зверевич BJ3. «Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых» — М.: Недра, 1980 г.
  54. Ю.С. «Статистика» — М.: Статистика, 1974 г.
  55. ВР., Адлер ЮЛ., Талалай AM. «Планирование промьшшенных экспериментов» — М.: Метал-^ргия, 1978 г.
  56. ВВ., Чернова НА. «Статистические методы планирования экстремальных экспериментов» — М.: Наука, 1965 г.
  57. Ахназфова CJL, Кафаров ВВ. «Методы оптимизации эксперимента в химической технологии» — М: Высшая школа, 1985 г.
  58. Клссандрова О JL, Лебедев ВВ. «Обработка результатов наблюдений» — М.: Наука, 1979 г.
  59. В.И., Л^ина HJC «Строение и свойства природных углей» — М: Недра, 1979 г.
  60. Саранчук В Л., Айруни А. Т., Ковалев ICE. «Шдмолекулярная организация, структура и свойства угля» -Киев.: Наука, думка, 1988 г.
  61. ИВ., Варфоломеев С Д. «Биокинетика» — М.: Наука, 1979 г.
  62. ЕМ. «Мшдюбиологическая очистка промышленных сточных вод» -Киев.: Здоров’я, 1984 г.
  63. МН., Гвоздяк П Л, Сгавская С. «Мшфобиологическая очистка воды» -Киев.: Науксюа Думка, 1978 г.
  64. .Н. «Катализ химических превращении угля и биомассы» — Новосибирск.: Наука, Сибирское отделение, 1990 г.
  65. Шпирг MJL «Безотходная технология. Утилизация отходов добычи и перерабопси твердых горючих ископаемых» Под ред. Б Л. Ласкорина. — М: Недра, 1986 г.
  66. Москаленко ЭJVL «Научные основы биохимического и физикохимического способов борьбы с метаном в угольных шахтах» Докг. дисс. — М: Фонды МГИ, 1971 г.
  67. Darby R.T., Goddaid DJL «Studies of the Respiration of the Mycelium of tiie Fungus Myrothecoum verracaria», AJJBot, 37,379.
  68. MH. «Сорбционные свойства угле11» — М.: Недра, 1962 г.
  69. БМ., Детлаф, А А. «Справочник по физике» — М: Наука, 1965 г.
  70. Y., Endoh К. » Power characteristics of Gas — Liquid Contacting Mixers» Chem. Eng. J^an, 19.2 (1965).
  71. BJ., Miller SA. » Power Requirements of Gas — Liquid A^tated Systems» ATGhE J., 8,262 (1962). 94. «Физические величины. Справочник» — М.: Энергоагомиздат, 1991 г
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?