Екологічно безпечна утилізація фосфогіпсу у технологіях захисту атмосферного повітря

Abstract

Дисертація присвячена проблемі зниження рівня техногенного впливу на навколишнє середовище від об’єктів складування та накопичення фосфогіпсу за рахунок утилізації його як мінерального носія в технологіях захисту атмосферного повітря та розробленню відповідної технологічної схеми на принципах екологічної безпеки, що забезпечить ефективне очищення сірковмісних газових потоків та одержання екологічно чистого органо-мінерального продукту перероблення – біосірки, яку доцільно використовувати у сільському господарстві. Здійснено еколого-гігієнічне оцінювання впливу фосфогіпсових відвалів на природні компоненти та формалізацію основних напрямків цього впливу. Визначено оптимальні еколого-біохімічні та фізико-хімічні характеристики модифікованих гранул фосфогіпсу для підвищення рівня біохімічної активності у процесі газоочищення в системах біодесульфуризації. За допомогою моделювання встановлено оптимальні фізико-хімічні параметри роботи систем біодесульфуризації з використанням завантаження із фосфогіпсу для досягнення ефективності очищення вище ніж 95% за різних рівнів навантаження за вмістом сполук сірки у газових потоках. Розроблено технологічну схему процесу утилізації фосфогіпсу та методику інженерного розрахунку конструктивно-технологічних параметрів аеробної установки із завантаженням на основі фосфогіпсу.

Диссертация посвящена проблеме снижения уровня техногенного воздействия на окружающую среду от объектов складирования и накопления фосфогипса за счет утилизации его как минерального носителя в технологиях защиты атмосферного воздуха и разработке соответствующей технологической схемы на принципах экологической безопасности, обеспечивающей эффективную очистку серосодержащих газовых потоков и получение экологически чистого органо-минерального продукта переработки – биосеры, которую целесообразно использовать в сельском хозяйстве. Осуществлены эколого-гигиеническое оценивание влияния фосфогипсовых отвалов на природные компоненты и формализация основных направлений этого влияния. Определены оптимальные эколого-биохимические и физико-химические характеристики модифицированных гранул фосфогипса для повышения уровня биохимической активности в процессе газоочистки в системах биодесульфуризации. С помощью моделирования установлены оптимальные физико-химические параметры работы систем биодесульфуризации с использованием загрузки из фосфогипса для достижения эффективности очистки выше 95 % при различных уровнях нагрузки по содержанию соединений серы в газовых потоках. Определены оптимальные физико-химические параметры ведения процесса биодесульфуризации газовых потоков в технологиях защиты атмосферного воздуха. Установлено, что для достижения эффективности очистки выше 95 % при разных уровнях содержания соединений серы в газовых потоках необходимо соблюдать следующие параметры ведения процесса: время контакта сероводорода в пространстве биофильтра при очистке биогаза – 1,5 ч., газовых потоков с высоким содержанием соединений серы – 10 ч.; оптимальное значение рН – 5,0–5,5 ед.; доза дозагрузки модифицированных гранул фосфогипса – 14 % от общего объема загрузки из фосфогипса в биофильтре; при очистке биогаза доза дозагрузки гранул подается в систему на 55-е сутки, а при очищении газовых потоков с высоким содержанием сероводорода (не меньшее 10 % от общего объема газа) – на 45-е сутки работы биофильтра; время промывки загрузки из фосфогипса от биосеры – 1,0 ч. Предложенная математическая модель кинетики удаления сероводорода из газовых потоков позволяет учесть влияние величины биохимической емкости загрузки из фосфогипса на изменение концентрации сероводорода во времени в процессе газоочистки. При этом она описывает изменение величины окислительной способности биопленки, позволяет осуществлять прогноз процесса биодесульфуризации для оптимизации параметров работы технологической системы защиты атмосферного воздуха. Предложена методика инженерных расчетов конструктивно-технологических параметров основного элемента аэробной установки с загрузкой на основе фосфогипса. Результаты опытно-промышленных испытаний технологии биодесульфуризации с использованием минерального носителя из фосфогипса были проведены в Сумском НИИ «МИНДИП» г. Сум и подтвердили ее работоспособность.

This thesis is devoted to reducing level of technogenic impact on the environment due to creation of ecological safety technology of phosphogypsum utilization as a mineral carrier in air protection technology. The technological system was developed on environmental safety principles with effective purification of sulfur-containing gas stream and producing environmentally friendly organo-mineral product such as bio-sulfur, which could be used in agriculture. The ecological and hygienic assessment of the phosphogypsum dumps impact on natural components and the formalization of the main areas of influence were implemented. Optimal ecological-biochemical and physical-chemical characteristics of modified phosphogypsum granules were determined for increase the level of biochemical activity in the process of gas purification under biodesulfurization systems. The author conducted the modeling of optimal physical-chemical parameters of biodesulfurization systems using the load of phosphogypsum to achieve purification efficiency higher then 95 % at different load levels of sulfur compounds content in gas flows. The author developed the technological application of phosphogypsum utilization and the method of engineering design of structural and technological parameters of the aerobic installation.