Методология, ресурсы и технологии природосберегающей диверсификации предприятий угольной энергетики

Применение экологически чистых носителей, таких как речной песок, активированный уголь, стекло, позволяет, сохраняя высокую активность катализатора разложения пероксида водорода и его бактерицидность, снижать дозы активного компонента; предложена для указанных целей технология марганец-серебряного (марганец-медного) катализатора, нанесенного на стекло. Сочетание УФ-излучения и пероксида водорода с гомогенными катализаторами ионной природы, усиливающее фотохимический распад последнего с образованием свободных радикалов, способствует значительному повышению уровня инактивации воды и ее устойчивости в сочетании со снижением энергозатрат (за счет снижения доз ультрафиолета).

Размещено на http://www.allbest.ru

На основании выполненных исследований нами разработаны технологические схемы химико-биоцидной обработки воды, основанной на фотокаталитическом усилении активности пероксида водорода (рис. 6 и 7).

В качестве гетерогенных катализаторов разложения H₂O₂ могут быть использованы природные минералы (пиролюзит, рутил); гопкалит, промотированный серебром или медью; искусственно полученные композиции, содержащие МnО₂, TiO₂. Экономически приемлемы катализаторы на носителях, например стекле.

В качестве гомогенных катализаторов можно применять ионы меди (или серебра), получаемые путем электролиза или растворения в воде навески соответствующих солей (CuSO₄, Ag₂SO₄ и др.). После разложения H₂O₂ присутствующие в воде ионы меди (или серебра) обеспечивают воде стойкость ко вторичному бактериальному загрязнению. Тем самым появляется возможность длительно сохранять запасы питьевой воды, что весьма важно в маловодных регионах или в условиях ЧС. Концентрация вводимых ионов меди (или серебра) не превышает их ПДК, т.е. соответственно 1,0 и 0,05 мг/л; при их совместном применении должно выполняться известное требование:

.

Важно подчеркнуть, что введение катализаторов-активаторов в инфицированную воду позволяет существенно (на 20 % и более) снизить дозы последующего УФ-облучения, требующиеся для практически полной инактивации, и соответственно уменьшить энергозатраты. Техническая новизна предложенных решений подтверждена 6 патентами РФ на изобретения.

Ранее (глава 5) для обезвреживания остаточного хлора был предложен раствор аммиачного комплекса меди (АКМ). Его следует применять при содержании хлора в воде 5 мг/л: при большем значении этого параметра концентрация Сu²⁺ в обработанной воде превысит ПДК. Нами изучена возможность нейтрализации (обезвреживания) свободного хлора и гипохлорит-иона в воде при помощи H₂O₂:

Cl₂ + H₂O₂ O₂ + 2HCl; ОCl + H₂O₂ O₂ + Cl + H₂O.

В табл. 4 приведены данные соответствующих расчетов, а в табл. 5 сопоставлены дозы различных химических веществ, используемых для дехлорирования воды.

Таблица 4

Требуемые количества H₂O₂ для удаления из воды остаточных хлорсодержащих реагентов и некоторых загрязнителей

Загрязнитель	Стехиометрическая доза, мг/л	Доза* H2O2 (мг/мг) при различном содержании загрязнителя, мг/л
		0,1	0,3	1,0	5,0	10	25
Cl2	0,48	0,05	0,16	0,53	2,64	5,30	13,2
Гипохлорит-ион OCl	0,66	0,07	0,22	0,73	3,63	7,26	18,2
Нитрит-ион	0,74	0,08	0,24	0,81	4,07	8,14	20,3
Ион Fe (II)	0,3	0,033	0,099	0,33	1,65	3,30	8,3
Ион S2	4,25	0,47	1,40	4,67	23,4	4,68	116,9
H2S	1	0,11	0,33	1,10	5,50	11,0	26,5

*) с 10 %-ным избытком

Таблица 5

Сравнение рекомендуемых для дехлорирования воды доз различных веществ

Вещество	Na2S2O35H2O (избыток)	Na2S2O35H2O (эквивалент)	Na2SO37H2O	SO2	NH3*	[Cu(NH3)4]SO4 АКМ	H2O2
Доза на 1 г Cl2	7,1	3,5	3,5	0,9	0,25	0,84	0,48

*) из аммиачной воды

Как следует из данных табл. 5, пероксид водорода по дозовой характеристике экономичнее таких широко применяемых реагентов, как тиосульфат, сульфит натрия и диоксид серы, уступая лишь аммиаку. Однако, как следует из рис. 8, скорость обезвреживания свободного хлора в воде (температура 20 С) пероксидом водорода значительно выше (кривая 3), нежели аммиаком (2) и тем более АКМ (1). Укажем при этом, что в случае применения H₂O₂ в воде образуется кислород, что благоприятствует жизнедеятельности гидробионтов.

Пользуясь полученными данными, можно оценить требуемые количества реагентов для устранения того или иного количества свободного хлора в воде. Так, например, для ОСВ-1 г. Новочеркасска производительностью 40 тыс. м³/сутки при концентрации хлора 1 г/м³ расход АКМ составит 34 кг, в год - около 12400 кг; для пероксида водорода расходы составят 21,1 и 7701 кг соответственно, т.е. меньше в 1,6 раза.

Универсальность H₂O₂ как окислителя и его экологическая безвредность могут сыграть положительную роль при его применении для очистки от нежелательных примесей, например подземных вод (содержащих железо, сероводород, сульфид-ионы и др.), а также шахтных вод (табл. 4).

На многих промышленных объектах (особенно крупных), ТЭС и в ряде городов используются водоемы, предназначенные для обеспечения технологических процессов и потребностей местного населения. Сезонное “цветение” воды в них, обусловленное развитием синезеленых водорослей, является причиной засорения фильтров, теплообменной аппаратуры и даже прекращения подачи воды. Число промывок в таких случаях резко возрастает, увеличиваются эксплуатационные расходы воды и наносится существенный ущерб окружающей природной среде.

В результате экспериментов также было обнаружено явление синергизма при действии комбинации H₂O₂ - Cu²⁺ в отношении синезеленых водорослей. Даже при малых (ниже ПДК) концентрациях вода становилась прозрачной и светлой, восстанавливался ее кислородный режим. Разработана рецептура неорганического альгицида на основе солей меди и серебра, рассчитаны необходимые дозы для различных объемов воды.

Для небольших водоемов разработано устройство для получения и введения альгицидов; оно представляет собой моторную лодку (или плот) с расположенными по бокам ионаторами меди и (или) серебра с питанием от аккумуляторной батареи. Выполнены расчеты по определению количеств переводимых в воду ионов меди (II) и серебра (I), которые позволяют ориентироваться в основных параметрах альгицидной обработки различных водоемов.

В заключительном разделе главы приведены доказательства целесообразности производства пероксида водорода на угольной ТЭС и обоснован электрохимический метод его получения. В пользу последнего выступают отработанность технологии, ее надежность, наличие серной кислоты (одного из продуктов диверсификации) и дешевой электроэнергии. Метод заключается в окислении серной кислоты до пироксодисерной (H₂S₂O₈) с последующими ее гидролизом и ректификацией (для выделения 35 - 45 %-ных растворов H₂O₂). В целом выход готового продукта составляет 81 - 82 %.

Из перспективных вариантов электрохимического метода получения пероксида водорода следует также отметить синтез его непосредственно из водорода и кислорода. Этот одностадийный способ упрощает и удешевляет процесс, он особенно предпочтителен в условиях электростанции, если в рамках диверсификации на ней реализовано производство гипохлорита натрия (глава 6).

Пероксид водорода, вырабатываемый на ТЭС, может быть использован и для ее собственных нужд: обеззараживания воды в системах охлаждения с заменой экологически опасного хлора, профилактики “цветения” водоемов и т.п.

В восьмой главе оценена социальная и экономическая эффективность результатов сопряженной экологически ориентированной диверсификации предприятий углеобогащения и энергетики.

В настоящее время из углей (особенно бурых), поставляемых на внутренний энергетический рынок, лишь 10 - 15 % подвергаются обогащению с получением пиритных концентратов. Это связано не в последнюю очередь с тем, что сжигаемые угли имеют качественные характеристики, незначительно отличающиеся от проектных, при разработке которых практически не учитывались экологические ограничения.

В соответствии с вышеизложенным, углеобогащение с переработкой извлеченной пиритной серы в значимые для экономики продукты стало задачей, решение которой обусловлено экологическими, экономическими и социальными факторами. Добавим к этому необходимость выполнения Россией своих международных обязательств по уменьшению трансграничного переноса оксидов серы и стабилизации их эмиссии к 2010 году.

Исходя из перспектив развития сельского хозяйства и промышленности, состояния предприятий первоочередного жизнеобеспечения Ростовской области, тенденций к ухудшению экологической обстановки на ее территории, разработаны рекомендации по сопряженной диверсификации предприятий углеобогащения и угольной электростанции (Новочеркасской ГРЭС). На ее долю приходится 1 % всех выбросов в РФ и 55,7 % от общего количества выбросов стационарными источниками в Ростовской области. Согласно официальным источникам, в 2006 г. ею было выброшено в атмосферу 50,149 тыс. т SO₂, что связано с увеличением количества сжигаемого угля. При планируемом возврате станции к проектной мощности и объемам сжигаемого угля и мазута (конец 90-х годов): 4,5 млн. т угля (сернистость 1,2 %) и 0,7 млн. т мазута (сернистость 1,46 %), выбросы SO₂ в атмосферу составят почти 90 тыс. т, что эквивалентно 137 тыс. т агрессивной серной кислоты.

Проект диверсификации предусматривает организацию холдинга, в котором каждый из участников вносит вклад в создание предприятия по производству серной кислоты и азотного удобрения: углеобогатительная фабрика - крупнотоннажный отход (УК или пиритный концентрат), а НчГРЭС - электроэнергию по льготному тарифу. Схема сопряженной диверсификации и последующего использования продукции представлена на рис. 9.

В рамках экологически ориентированной диверсификации, на базе НчГРЭС организуется производство эффективных для систем водоснабжения и водоотведения городов и предприятий области продуктов: ионных бактерицидов-бактериостатиков, гипохлорита натрия и пероксида водорода с улучшенными свойствами.

Была оценена экономическая результативность проекта сопряженной диверсификации, в соответствии с которой осуществляется переработка

100 тыс. т УК (35 % S, 5 % H₂O) с получением 60,8 тыс. т H₂SO₄ (98 %) и 50,1 тыс. т (NH₄)₂SO₄ с добавками микроэлементов (Cu, Mn, P), направляемых в сельское хозяйство Ростовской области. Расчеты произведены с использованием известных методик, цены на выпускаемую химическую продукцию приняты ниже рыночных (для мотивации местных производителей сельскохозяйственных продуктов).

1. Доходы предприятия от реализации товарной продукции

Согласно расчетам, доходы от реализации составят: сернокислотного мелиоранта - 19,58 млн. руб., азотного удобрения - 20,98 млн. руб., а суммарный экономический результат - 40,56 млн. руб. или 405,6 руб. на 1 т перерабатываемого отхода - углистого колчедана.

2. Снижение экологических платежей за выбросы SO₂

2.1. На угольной ТЭС

Расчет произведен из предположения, что из топливного баланса НчГРЭС исключается (благодаря углеобогащению) 100 тыс. т УК. Принято, что доля SO₂, связанного золой и уловленного в системе очистки ДГ, достигает 30 %, тогда снижение общего количества выброшенного диоксида серы составит 49390 т/год. Уменьшение суммы платежей за выбросы SO₂ на НчГРЭС (Пэ) составит 2,410 млн. руб.

2.2. На совместном предприятии по производству серной кислоты

Выбросы SO₂ приняты в размере 5 % от образовавшегося его количества (70560 т) при обжиге100 тыс. т УК. Тогда экологические платежи предприятия за выбросы SO₂ (Пэ')составят 0,172 млн. руб.

2.3. Суммарное снижение экологических платежей П_С:

П_С = П_Э - = 2,410 - 0,172 = 2,238 млн. руб.

3. Применение продукции диверсификации в сельском хозяйстве Ростовской области

3.1. Химико-мелиоративное улучшение низкоплодородных земель

Для расчетов использованы достигнутые показатели по сернокислотной мелиорации в хозяйстве “Южный” Ростовской области. При дозе 8 т/га серной кислоты (в пересчете на 85 %) прибавка урожая составила: ячменя 13 ц/га, пшеницы - 8 ц/га, люцерны - 140 ц/га. Затраты на внесение мелиоранта приняты (с учетом инфляции) 8850 руб./га, доза мелиоранта (в пересчете на 98 %) - 7 т/га, площадь мелиорируемых земель - 8700 га.

Согласно расчетам затраты на мелиорацию составляют 76,99 млн. руб.; доходы от прибавки урожая (млн. руб.): по ячменю - 14,04; по озимой пшенице 14,04 и по люцерне - 29,4. Инвестиции (76,99 млн. руб.) “работают” около 10 лет (до следующей плановой мелиорации), а доход (57,48 млн. руб.) генерируется ежегодно. Следовательно, затраты на сернокислотную мелиорацию начнут окупаться через 1,34 года.

Потенциальная потребность сельского хозяйства области в сернокислотном мелиоранте оценена экспертами в 500 - 1000 тыс. т в пересчете на моногидрат (при дозах 5 - 10 т/га). Поэтому предприятие по переработке УК с получением ежегодно 50 - 100 тыс. т H₂SO₄ будет иметь устойчивый рынок сбыта своей продукции, что обеспечит проведение коренной химической мелиорации солонцовых почв Ростовской области и региона в целом.

3.2. Обеспечение почв азотным питанием

Как известно, сульфат аммония - одна из лучших форм азотных удобрений для орошаемых земель. В России по состоянию на 2004 г. имелось в наличии около 4,5 млн. га таких земель, в т.ч. в Южном федеральном округе - 2,3 млн. га. Естественно, они нуждаются в постоянном внесении значительных количеств удобрений, прежде всего азотных. Однако производство минеральных удобрений в России резко сократилось, составляя, по некоторым оценкам, лишь 14 % от уровня 1990 г. К тому же упала их реализация внутри страны в связи с дороговизной на фоне роста экспорта.

Между тем на Кубани, согласно данным ВНИИриса, при внесении всего лишь 120 кг/га аммиачного азота (это соответствует примерно 585 кг (NH₄)₂SO₄)) урожай риса повышался в среднем за три года на 24,1 ц/га. Расчеты показывают, что вырабатываемым (по проекту диверсификации) количеством азотного удобрения (при сохранении дозы) можно обеспечить

50200 т : 0,585 т/га = 85810 га.

Из анализа данных табл. 6 следует, что производство сульфата аммония из УК может стабильно обеспечивать этим ценным удобрением, содержащим и полезные микроэлементы (Cu, Mn, Zn), десятки и даже сотни тысяч га с.-х. угодий.

При этом укажем, что согласно данным Цимлянской государственной станции агрохимической службы, из 1518,6 тыс. га обследованных почв Ростовской области пониженное содержание марганца обнаружено на 657,5 тыс. га, меди - на 763,3 тыс. га и цинка на 1515,6 тыс. га.

Таблица 6

Расчетные площади удобряемых и мелиорируемых земель (углистый колчедан содержит 35 % S)

Количество УК, поступающего на обжиг, тыс. т	Количество производимого (NH4)2SO4 и площади удобряемых им земель	Количество производимой кислоты и площади мелиорируемых ею земель
	удобрение, тыс. т	площадь*, га	H2SО4, тыс. т	площадь**, га
100	50,1	100300	60,8	5050
200	100,3	200600	121,6	10100
500	250,8	.501600	304,0	25300

*) из расчета 0,5 т/га; ** из расчета 12 т/га

4. Оздоровление среды обитания

Применительно к населению г. Новочеркасска (184500 чел) проведен (совместно с профессором А.П. Москаленко) расчет экономии бюджетных средств в связи с ожидаемым уменьшением заболеваемости в случае реализации предложенных природоохранных мероприятий, в результате чего снижение выбросов SO₂ на НчГРЭС составило 80 %. Указанная экономия может достигнуть 26,55 млн. руб./год.

5. Снижение уровня экологической опасности предприятий ЖКХ

Производство в рамках диверсификации НчГРЭС гипохлорита натрия и пероксида водорода, а также ионных дезинфектантов позволит отказаться от экологически опасной хлорной технологии питьевой воды, повысит уровень защищенности обслуживающего персонала соответствующих предприятий, а также местного населения в чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера, снизит количество вредных веществ в сточных водах и отводимых в атмосферу газах.

Глава завершается анализом причин, выдвигающих угольные электростанции в число приоритетных объектов диверсификации топливно-энергетического комплекса страны как составной части провозглашенного Правительством РФ курса на диверсификацию экономики в целом.

Во-первых, в условиях обострения мирового энергетического кризиса, обусловленного не в последнюю очередь истощением месторождений нефти и газа, проявляется тенденция роста стоимости электроэнергии и превышение спроса над предложением ее. В России рост экономики уже тормозится нехваткой электроэнергии. В постоянно возрастающей отпускной цене на электроэнергию большая доля приходится на ее транспортирование (подстанции, ЛЭП и т.п.), распределительные сети и всевозможные "накрутки". Поэтому предприятия получают электроэнергию по цене, в разы превышающую ее себестоимость на ТЭС. Как следствие, выпускаемая ими энергоемкая продукция теряет свою конкурентоспособность, что ограничивает спрос на нее. Эффективно развивать производство указанной продукции, даже значимой в социально-экономическом и экологическом аспектах, в таких условиях проблематично. Очевидно, перспективны те технологии, для реализации которых имеется относительно дешевый и стабильный источник энергии. По этой причине ставить вопрос создания того или иного предприятия как структурного подразделения ТЭС (на правах цеха или дочернего предприятия) вполне оправдано. Даже расположение объекта в непосредственной близости от ТЭС (без вхождения в ее структуру) дает ему определенные преимущества в снабжении энергией. Укажем, что благодаря «симбиозу» алюминиевых корпораций и мощных гидроэлектростанций - производителей дешевой электроэнергии - российский алюминий успешно конкурирует на мировых рынках.

Во-вторых, отпускная цена энергоемкой продукции, в структуре себестоимости которой представлена электроэнергия по льготному тарифу (по сравнению с подобными, но самостоятельными предприятиями), соответственно ниже, что дает конкурентные преимущества, а значит расширяет спрос и гарантирует устойчивую прибыль. Участие ТЭС в распределении последней делает диверсификацию привлекательной и для нее.

В-третьих, угольные ТЭС располагают развитой транспортной сетью (железнодорожной и автомобильной), что играет существенную роль для бесперебойной доставки продукции покупателям.

В-четвертых, диверсификация создаст новые рабочие места, оживит деловую активность, будет способствовать увеличению добычи угля. Это особенно важно для депрессивных, "шахтерских" районов, например Восточного Донбасса, где закрыто большое количество шахт.

В-пятых, "облагороженное", т.е. лишенное серы, а в перспективе (при углублении процесса диверсификации) и других вредных примесей топливо может использоваться, прежде всего, на территориях с тяжелой экологической обстановкой. Как уже отмечалось, Ростовская область является таковой. Нельзя исключить и того, что "облагороженное" топливо станет, наряду с природным газом, экологически привлекательным экспортным продуктом.

В-шестых, сжигание такого топлива на самой ТЭС позволит, не ухудшая экологическую обстановку, снизить потребление природного газа, а высвободившиеся ресурсы направить на решение острой проблемы многих регионов - газификацию населенных мест, особенно сельских.

Таким образом, реализация проекта сопряженной диверсификации предприятий углеобогащения и электроэнергетики приведет к созданию по сути энерго-углехимического комплекса (комбината), функционирование которого, будучи экономически целесообразным для организаторов и потребителей его продукции, внесет вклад в оздоровление экологической обстановки на соответствующих территориях и увеличение производства отечественной сельскохозяйственной продукции.

Согласно акту ФГУ «Управление «Ростовмелиоводхоз», ожидаемый экономический эффект в результате применения «мелиоративной» серной кислоты для повышения плодородия содовозасоленных почв Ростовской области составит ежегодно более 57 млн. руб., а затраты окупятся через 15-16 месяцев. Результаты диссертационной работы использованы при составлении программы комплексной химической мелиорации низкопродуктивных почв.

Экономический эффект от внедрения представленного в ГУ «Южводпроект» (г. Ростов н/Д) проекта узла обеззараживания воды в сельской местности, исключающего применение экологически опасных реагентов, составляет около 3 руб/м³ обработанной природной воды.

Материалы диссертации, касающиеся вопросов экологически ориентированной диверсификации угольной энергетики, химической мелиорации низкопродуктивных почв и повышения уровня экологической безопасности систем очистки природных и сточных вод, нашли отражение в 8 учебных пособиях, в составе авторских коллективов которых представлен соискатель (20 - 45% участия): «Экология» (2004 г, 2006 г. и 2008 г. издания), «Безопасность жизнедеятельности. Защита населения и территорий при чрезвычайных ситуациях» (2003 г. и 2007 г. издания), «Промышленная экология» ( 2 издания в 2007 году), «Экология города» (2008 г.). Указанная литература, имеющая общий объем более 300 печ.л. и тираж 36 тыс. экз., допущена или рекомендована Министерством образования РФ для обучения студентов высших учебных заведений.

В Приложении приведены заключения руководителей ряда организаций и учреждений, подтверждающие ценность для науки и практики отдельных положений диссертации: Комитета по экологии Государственной Думы РФ; Межведомственной комиссии по экологической безопасности при Совете Безопасности РФ; Федерального центра Госсанэпиднадзора Министерства здравоохранения РФ; Военно-научного комитета Управления начальника инженерных войск ВС РФ; Российского НИИ проблем мелиорации МСХ РФ; МУ «Управление по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям» (г. Новочеркасск); ФГУ «Ростовмелиоводхоз».

Основные выводы и результаты

1. Определённый Энергетической стратегией России курс на увеличение доли углей в топливном балансе страны может привести, в свою очередь, к возрастанию выбросов оксидов серы в атмосферу (особенно при сжигании необогащенных высокосернистых углей), что требует разработки и оперативной реализации мероприятий по их предотвращению.

Критический анализ отечественных и зарубежных литературных источников, посвященных проблеме очистки газов ТЭС, работающих на серосодержащем топливе, показывает, что крупномасштабная утилизация SO₂-содержащих дымовых газов напрямую или опосредованно (через предварительное концентрирование диоксида серы) в экономически значимые продукты для существующих отечественных угольных ТЭС неприемлема в связи с большими затратами на строительство десульфуризационных установок, их эксплуатацию и неизбежным нарушением технологического режима горения угля и условий для экологически допустимого рассеивания отходящих газов в атмосфере.

2. Обоснована с экологических и социально-экономических позиций целесообразность извлечения серы из углей до их сжигания и выбора таких химических технологий ее последующей переработки, которые позволяют получать продукты, имеющие устойчивый спрос. К таковым для регионов с развитыми промышленностью и сельским хозяйством могут быть отнесены серная кислота, химические удобрения и продукты для первоочередного жизнеобеспечения населения.

Установлена ресурсно-экологическая перспективность углистых колчеданов и пиритных концентратов, образующихся при обогащении соответственно каменных и бурых углей, для производства серной кислоты и сульфата аммония с биогенными микроэлементами, повышающими агрохимическую ценность последнего.

Применительно к Ростовской области выявлен емкий рынок сбыта серной кислоты, получаемой из углистых колчеданов, в качестве химического мелиоранта для восстановления плодородия содовозасоленных почв и реагента в технологии глубокой переработки золы угольных ТЭС.

3. Обосновано направление повышения уровня экологической безопасности предприятий углеобогащения и электроэнергетики, оздоровления экологической обстановки на прилегающей к ним территории в сочетании с выпуском значимых для экономики химических продуктов путем осуществления сопряженной диверсификации указанных предприятий. В её рамках осуществляется переработка крупномасштабных отходов обогащения каменных или бурых углей. При этом углеобогатительная фабрика поставляет совместному предприятию в качестве сырья указанные отходы, а теплоэлектростанция - энергию по льготному тарифу.

4. Исходя из требования снижения уровня экологической опасности процесса переработки сырья и его нерациональных потерь, для производства серной кислоты и сульфата аммония из углистых колчеданов с различным содержанием серы разработана технология, основанная на двухстадийном гетерогенном окислении диоксида серы. Вначале осуществляется частичное (на 30 - 40 %) окисление SO₂ в кипящем слое полиоксидного катализатора с последующим извлечением триоксида серы аммиаком в виде сульфата аммония. Оставшаяся часть SO₂ окисляется на износоустойчивом ванадиевом катализаторе КС с получением серной кислоты по традиционному способу. Такая схема позволяет: 1) варьировать соотношением между кислотой и азотным удобрением, которое определяется потребностью в указанных продуктах сельского хозяйства соответствующего субъекта РФ (или региона); 2) получать азотное удобрение с микроэлементами, содержащимися в пылеуносе катализатора; 3) снизить расход дорогостоящего ванадиевого катализатора.

5. В соответствии с концепцией экологической оценки жизненного цикла продукции и сформулированными критериями подбора ингредиентов и технологических приемов их подготовки разработаны экологичные (биосферосовместимые) катализаторы для окисления диоксида серы различных концентраций в кипящем режиме. Компоненты таких катализаторов, содержащие оксиды железа, марганца, фосфора, поступают с пылеуносом в готовую продукцию, увеличивая тем самым ее эффективность как удобрения. Путем варьирования степенью истираемости катализатора возможно изменять содержание указанных микроэлементов, доводя его до значений, оптимальных для развития растений. Тем самым практически реализуется идея безотходного катализатора.

6. Установлено, что режим термообработки контактной массы, который способствует ферритизации систем, содержащих оксид железа (III) и оксиды двухвалентных металлов (меди, марганца, цинка), приводит к заметному повышению активности получаемых катализаторов в реакции окисления диоксида серы. Это обстоятельство рекомендуется учитывать при разработке технологий полиоксидных катализаторов как возможный прием, позволяющий управлять их активностью и оптимизировать дозы.

Обнаружена индивидуальная каталитическая активность глауконита (природного образования), что позволяет, с одной стороны, использовать это вещество в качестве ингредиента смешанных катализаторов, а с другой, - уточнить особенности протекания некоторых природных процессов с участием диоксида серы и кислорода.

7. Для углубления диверсификации предприятий углеобогащения и электроэнергетики, имеющего целью выпуск продуктов для первоочередного жизнеобеспечения населения, изучены технологии получения, биоцидные и бактериостатические свойства:

- ионных и смесевых химических дезинфектантов на основе растворимых солей меди и серебра, а также получаемых анодным растворением соответствующих металлов;

- водного раствора гипохлорита натрия как альтернативного хлору окислителя-дезинфектанта;

- пероксида водорода как наиболее безопасного в экологическом отношении окислителя-дезинфектанта;

- водного раствора аммиачного комплекса меди (II), который может использоваться не только в качестве бактерицида, но и как эффективный абсорбент хлора, содержащегося в отводимых в атмосферу газах.

Обосновано новое направление в технологии неорганических веществ - разработка катализаторов-активаторов, способствующих возникновению бактерицидного синергетического эффекта при сочетании их с окислителями-дезинфектантами молекулярной природы, а также ультрафиолетовым излучением.

С технико-экономических и природоохранных позиций обоснована целесообразность производства указанных неорганических веществ на базе угольной теплоэлектростанции, особенно расположенной на густонаселенных территориях с напряженной экологической обстановкой.

8. Разработаны рекомендации по применению изученных катализаторов (активаторов) и дезинфектантов - продуктов диверсификации угольных ТЭС:

- для повышения природоохранной эффективности технологий химико-биоцидной обработки воды, использующих хлор и озон, за счет снижения их дозы и непроизводительных потерь, в т.ч. энергетических;

- для повышения уровня экологической безопасности предприятий водоснабжения и водоотведения, достигаемого заменой жидкого хлора на гипохлорит натрия и применением нейтрализаторов хлорсодержащих веществ, содержащихся в стоках и выбросах;

- для повышения эффективности комбинированной биоцидной обработки воды УФ-лучами и пероксидом водорода посредством генерации в ней короткоживущих суперактивных радикалов, катализируемой ионами меди (II) и серебра (I) (при концентрациях ниже ПДК), а также диоксидами марганца, титана, гопкалитом, природными минералами (пиролюзитом и рутилом);

- для собственных нужд (обеззараживание технологических вод, защита оборотных вод и водоемов от синезеленых водорослей и т.д.).

Совокупность полученных результатов и их интерпретация закладывают научные основы энерго-ресурсосберегающих технологий химико-биоцидной обработки вод питьевого и хозяйственного назначения, сочетающих окислители-дезинфектанты молекулярной природы, а также ультрафиолетовое облучение с неорганическими гомогенными и гетерогенными катализаторами - активаторами их окислительно-бактерицидных свойств, что обеспечивает одновременно и снижение уровня экологической опасности очистных сооружений водопровода.

9. Разработанные научные основы и практические рекомендации по организации сопряженной диверсификации предприятий обогащения каменных (или бурых) углей и теплоэлектростанций, использующих полученное обессеренное топливо, способствуя созданию энерго-углехимического комплекса, позволяют решить важную народно-хозяйственную задачу обеспечения более высокого уровня экологической безопасности, устойчивого развития региона, что достигается в результате:

- повышения качества и эффективности использования энергетических углей, а также их конкурентоспособности на внешнем рынке;

- перевода крупнотоннажных отходов углеобогатительных фабрик различных регионов в разряд сырья для получения продукции широкого спроса;

- снижения количества выбрасываемого в атмосферу диоксида серы с дымовыми газами ТЭС, площадей отводимых под размещение крупнотоннажных отходов углеобогащения земель и тем самым уменьшения уровня экологической напряженности на соответствующих территориях;

- увеличения выпуска сельскохозяйственной продукции благодаря производству и применению химического мелиоранта и азотного удобрения за счет внутренних ресурсов регионов;

- широкого внедрения производимых в рамках диверсификации продуктов для создания и применения природо-ресурсосберегающих технологий в системах первоочередного жизнеобеспечения населения, особенно проживающего на территориях с кризисной экологической ситуацией.

Выполненные расчеты, акты использования результатов работы, а также заключения ряда авторитетных организаций и учреждений подтверждают социальную и экономическую результативность предлагаемого направления экологически ориентированной диверсификации угольной электроэнергетики, произведенная в рамках которой продукция направляется на нужды сельского хозяйства и реализацию ряда природоохранных мероприятий в регионе.

основные публикации, отражающие содержание диссертации

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК

1. Повышение устойчивости озонированной воды малыми дозами серебра / В.В. Гутенев, М.Б. Хасанов, И.А. Денисова [и др.] // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2000. - № 4. - С. 78 - 80.

2. Денисова, И.А. Дезинфектант для установок малой производительности / В.В. Денисов, Б.И. Хорунжий, И.А. Денисова // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2000 - № 4. - С. 82 - 83.

3. Денисова, И.А. Влияние некоторых катализаторов на активность пероксида водорода / И.А. Денисова // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2001. - № 1 . - С. 23 - 25.

4. Использование ионов меди в системах водоснабжения / В.В. Гутенев, А.И. Ажгиревич, И.А. Денисова [и др.] // Водоснабжение и сан. техника. - 2002. - № 1. - С. 14 - 16.

5. Перспективы озонирования как наиболее экологического способа обеззараживания воды / В.В. Гутенев, М.Б. Хасанов, И.А. Денисова [и др.] // Проблемы рег. экологии. - 2002. - №3. - C. 17 - 20.

6. Каталитическое действие некоторых веществ на озон, используемый для обеззараживания воды / В.В. Гутенев, И.А. Денисова, А.И. Ажгиревич [и др.] // Экологические системы и приборы. - 2003. - № 3. - С. 23 - 27.

7. Денисова, И.А. Рекомендации по применению катализаторов в системах оборотного водоснабжения и их экологическое обоснование / В.В. Гутенев, И.А. Денисова // Проблемы рег. экологии. - 2003. - № 3. - С. 7-11.

8. Денисова, И.А. Инактивация в условиях высоких температур и сочетанного воздействия УФ-лучей и бактерицидных ионов / А.И. Ажгиревич, И.А. Денисова, В.Н. Чумакова // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2004. - Прил. № 9. - С. 171 - 174.

9. Денисова, И.А. Бактерицидная активность пероксида водорода и влияние на нее гомогенных катализаторов разложения / И.А. Денисова, В.В. Гутенев // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2005. - №2. - С. 65-68.

10. Гетерогенные и гомогенные катализаторы разложения пероксида водорода и их применение в технологиях обеззараживания воды / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Т.И. Дрововозова [и др.] // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2005. - № 3. - С. 83 - 85.

11. Денисова, И.А. Бактерицидная смесь на основе медного купороса и сульфата серебра / И.А. Денисова // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2005. - № 4. - С. 226 - 227.

12. Денисова, И.А. Повышение эффективности применения озона в системах обеззараживания природной воды / И.А. Денисова, Е.Н. Гутенева, В.В. Гутенев // Экологические системы и приборы. - 2005. - № 2. - С. 15 - 17.

13. Денисова, И.А. Технология получения и применения гипохлорита натрия и ионов серебра (меди) для бактерицидной обработки воды // И.А. Денисова, В.В. Гутенев, А.И. Ажгиревич // Экологические системы и приборы. - 2005. - № 7. - С. 9 - 11.

14. Денисова, И.А. Усиление активности озона гомогенными катализаторами - ионами серебра (I) и меди (II) / В.В. Гутенев, И.А. Денисова, А.И. Ажгиревич // Проблемы рег. экологии. - 2005. - № 4. - С. 96-99.

15. Денисова, И.А. Дезинфектанты для технологий водоподготовки в чрезвычайных экологических ситуациях: проблема выбора / И.А. Денисова, В.В. Гутенев // Экономика природопользования: обзор. информ. / ВИНИТИ. - 2005. - № 5. - С. 80 - 98.

16. Исследование бактериостатических свойств гипохлорита натрия / Е.Н. Гутенева, В.Н. Чумакова, И.А. Денисова [и др.] // Проблемы рег. экологии. - 2005. - № 2. - С. 123 - 128.

17. Денисова, И.А. Бактерицидные свойства гопкалита, промотированного серебром / И.А. Денисова // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2005. - Прил. № 2. - С. 17 - 21.

18. Влияние некоторых катионов-примесей природной воды на активность ионов меди / И.А. Денисова, В.В Гутенев, Б.А. Нагнибеда [и др.] // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2006. - № 3. - С. 34 - 44.

19. Денисова, И.А. Влияние некоторых ионных примесей воды на бактерицидные свойства ионов меди и цинка / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Б.А. Нагнибеда // Изв. вузов. Сев-Кавк. регион. Техн. науки. - 2006. - № 4. - С. 41 - 44.

20. Получение гипохлорита натрия на электростанциях и его возможное применение / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, В.В. Денисов [и др.] // Проблемы рег. экологии. - 2006. - № 4. - С. 44 - 49.

21. Денисова, И.А. Альгицидная обработка в прудах-накопителях / Н.И. Татаринцева, И.А. Денисова, В.В. Гутенев // Проблемы рег. экологии. - 2006. - № 4. - С. 49 - 52.

22. Денисова, И.А. Серная кислота из дымовых газов - перспективный мелиорант для содовозасоленных почв / Н.А. Попов, И.А. Денисова, Б.А. Нагнибеда // Изв. вузов. Сев-Кавк. регион. Техн. науки. - 2006. - Прил. № 4. - С. 135 - 136.

23. Экологизация угольной теплоэнергетики: эколого-экономический подход / А.П. Москаленко, И.А. Денисова, В.В. Гутенев [и др.] // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2006. - Прил. № 4. - С. 142 - 153.

24. Денисова, И.А. Абсорбент для извлечения хлора из отходящих газов / И.А. Денисова, А.И. Ажгиревич, Б.А. Нагнибеда // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2006. - Прил. № 4. - С. 153 - 154.

25. Получение серной кислоты из дымовых газов как элемент экологически приемлемой диверсификации угольных теплоэлектростанций / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Н.А. Попов [и др.] // Проблемы регион. экологии. - 2007. - № 3. - С. 89 - 98.

26. Целесообразность диверсификации тепловых электростанций: экология и экономика / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, А.П. Москаленко [и др.] // Экология урбанизированных территорий. - 2006. - № 3. - С. 8 - 19.

27. Проблема эксплуатационных и аварийных выбросов хлора на очистных сооружениях / С.Н. Игнатьева, И.А. Денисова, В.В. Гутенев [и др.] // Экология урбанизированных территорий. - 2006. - № 4. - С. 52 - 58.

28. Гомогенные и гетерогенные катализаторы в технологиях химико-биоцидной очистки воды / А.И. Ажгиревич, В.В. Гутенев, И.А. Денисова, [и др.] // Экология урбанизированных территорий. - 2007. - № 3. - С. 13 - 21.

29. Денисова, И.А. Ферритизированный полиоксидный катализатор для экологических технологий серной кислоты / Н.А. Попов, В.В. Гутенев, И.А. Денисова // Экология урбанизированных территорий. - 2007. - № 3. - С. 13-21.

30. Денисова, И.А. Повышение экологической безопасности и технико-экономической эффективности применения дезинфектантов в системах очистки воды / Н.В. Ляшенко, А.И. Ажгиревич, И.А. Денисова // Безопасность жизнедеятельности. - 2007. - № 10(82). - С. 28 - 34.

31. Денисова, И.А. Обоснование выбора ингредиентов для производства экологического катализатора окисления диоксида серы / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Н.А. Попов // Проблемы рег. экологии. - 2007. - №4. - С. 67-76.

32. Денисова, И.А. Износоустойчивый полиоксидный катализатор для переработки SO₂-содержащих газов / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Н.А. Попов // Экология урбанизированных территорий. - 2007. - № 4. - С. 85 - 91.

33. Каталитическая очистка отходящих газов от диоксида серы и проблема устойчивости катализатора / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Н.А. Попов [и др.] // Проблемы рег. экологии. - 2007. - № 5. - С. 17 - 21.

34. Денисова, И.А. Синтез и исследование активности оксидных катализаторов из промышленных отходов / В.В. Гутенев, И.А. Денисова, Н.А. Попов // Проблемы рег. экологии. - 2007. - № 6. - С. 27 - 30.

Монографии

35. Денисова, И.А. Экология чрезвычайных ситуаций / В.В. Денисов, И.А. Денисова; Новочерк. воен. ин-т связи. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2003. - 515 с.

36. Денисова, И.А. Организационные и экономико-правовые проблемы экологически устойчивого водоснабжения населения / С.А. Москаленко, И.А. Денисова; Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск: УПЦ “Набла” ЮРГТУ (НПИ), 2005. - 120 с.

37. Денисова, И.А. Повышение экологической безопасности региональных предприятий угольной энергетики (на примере Ростовской области): Научное издание. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2007. - 385 с.

Патенты РФ

38. Пат. 2182123 Российской Федерации, МКИ С 02 F 1/50. Способ обеззараживания воды с использованием озона и ионов меди / В.В. Гутенев, О.И. Монтвила, А.И. Ажгиревич, И.А. Денисова; заявл. 04.07.01; опубл. 10.05.02, Бюл. № 13.

39. Пат. 2182125 Российской Федерации, МКИ С 02 F 1/50. Комбинированный способ обеззараживания воды / В.В. Гутенев, В.Л. Рождественский, О.И. Монтвила, И.А. Денисова; заявл. 31.07.01; опубл. 10.05.02, Бюл. № 13.

40. Пат. 2182127 Российской Федерации, МКИ С 02 F 1/50. Способ обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов / В.В. Гутенев, В.Л. Рождественский, И.А. Денисова; заявл. 31.07.01; опубл. 10.05.02, Бюл. № 13.

41. Пат. 2188166 Российской Федерации, МКИ С 02 F 9/12. Способ обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов / В.В. Гутенев, А.И. Ажгиревич, Е.Н. Гутенева, А.П. Москаленко, И.А. Денисова; заявл. 29.11.01; опубл. 27.08.02, Бюл. № 24.

42. Пат. 2288176 Российской Федерации, МКИ С 02 F 1/50. Способ обеззараживания воды пероксидом водорода / В.В. Гутенев, В.А. Грачев, А.И. Ажгиревич, И.А. Денисова, Е.Н. Гутенева; заявл. 14.06.2005; опубл. 27.11.06, Бюл. № 33.

43. Пат. 2288179 Российской Федерации, МКИ С 02 F 1/50. Способ обеззараживания воды пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора / В.В. Гутенев, В.А. Грачев, А.И. Ажгиревич, И.А. Денисова, Е.Н. Гутенева; заявл. 14.06.2005; опубл. 27.11.06, Бюл. № 33.

44. Пат. 2288186 Российской Федерации, МКИ С 02 F 1/72. Способ гетерогенно-каталитического обеззараживания воды пероксидом водорода / В.В. Гутенев, В.В. Найденко, С.Ю. Осадчий, Н.И. Сердцев, И.А. Денисова; заявл. 14.06.05; опубл. 27.11.06, Бюл. № 33.

45. Пат. 2288187 Российской Федерации, МКИ С 02 F 1/78. Способ комбинированного обеззараживания воды / В.В. Гутенев, В.И. Теличенко, А.И. Юнак, И.А. Денисова, А.И. Ажгиревич; заявл. 14.06.05; опубл. 27.11.06, Бюл. № 33.

46. Пат. 2288190 Российской Федерации, МКИ С 02 F 9/12. Способ получения питьевой воды / В.В. Гутенев, А.И. Юнак, В.В. Найденко, С.Ю. Осадчий, И.А. Денисова; заявл. 14.06.05; опубл. 27.11.06, Бюл. № 33.

47. Пат. 2288191 Российской Федерации, МКИ С 02 F 9/12. Комбинированный способ обеззараживания воды / В.В. Гутенев, В.А. Грачев, В.И. Теличенко, А.И. Ажгиревич, И.А. Денисова; заявл. 14.06.2005; опубл. 27.11.06, Бюл. № 33.

Статьи

48. Денисова, И.А. Сокращение использования хлора в системах оборотного водоснабжения (на примере плавательных бассейнов / В.В. Гутенев, И.А. Денисова, М.Б. Хасанов // Вода и экология: проблемы и решения. - 2000. - № 4. - С. 20 - 28.

49. Модернизация контейнерных установок водоподготовки, основанная на совместном использовании озона и ионов-катализаторов, а также их влияние на окружающую среду / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Л.Ф. Кирьянова [и др.] // Вода и экология: проблемы и решения. - 2002. - № 4. - С. 9 - 16.

50. Каталитическое действие некоторых веществ на пероксид водорода, используемого для обеззараживания воды / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, А.И. Ажгиревич [и др.] // Науч. и техн. аспекты охраны окр. среды: обзор. инф. / ВИНИТИ. - 2003. - № 1. - С. 23 - 35.

51. Денисова, И.А. Проблема экологически безопасного дезинфектанта / И.А. Денисова // Научная мысль Кавказа. - 2005. - Прил. № 16. - C. 108 - 111.

52. Денисова, И.А. Применение гомогенных катализаторов в системах оборотного водоснабжения, использующих озон / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, А.И. Ажгиревич // Науч. и техн. аспекты охраны окр. среды: обзор. информ. / ВИНИТИ. - 2005. - № 4. - С. 25 - 34.

53. Химический метод борьбы с «цветением» воды / Н.И. Татаринцева, И.А. Денисова, В.В. Гутенев [и др.] // Вода и экология: Проблемы и решения. - 2005. - № 1. - С. 41 - 50.

54. Денисова, И.А. Технология обработки воды комбинированным воздействием УФ-лучей и ионов серебра (меди) / И.А. Денисова // Сб. науч.-метод, статей вузов связи МО РФ по матем. и естественно-научным дисц. - Новочеркасск: НВВКУС, 2005. - С. 95 - 99.

55. Денисова, И.А. Технологическая схема и аппаратура для получения аммиачного комплекса серебра в проточной воде / Е.Н. Гутенева, И.А. Денисова, И.М. Викулов // Мелиорация антропогенных ландшафтов: межвуз. сб. научн. тр. / Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2005. - Т. 24: Экологические аспекты рационального использования природных ресурсов. - С. 71 - 74.

56. Денисова, И.А. Электролиз в процессе обеззараживания воды в районах с кризисной экологической обстановкой / И.А. Денисова // Научная мысль Кавказа. - 2006. - № 4. - С. 9 - 12.

57. Денисова, И.А. Энергосберегающая технология биоцидной обработки воды / И.А. Денисова // Научная мысль Кавказа. - 2006 - № .1 - С. 19 - 21.

58. Денисова, И.А. Возможный механизм усиления бактерицидного действия озона при введении гомогенных катализаторов / И.А. Денисова // Научная мысль Кавказа. - 2006. - № 4 . - С. 31 - 33.

59. Теплоэлектростанция: электроэнергия и производство “мелиоративной” серной кислоты / А.П. Москаленко, И.А. Денисова, В.В. Гутенев [и др.] // Науч. и техн. аспекты охраны окр. среды: обзор. информ. / ВИНИТИ. - 2006. - № 6. - С. 42 - 57.

60. Денисова, И.А. Химико-мелиоративный потенциал сернокислотных промышленных отходов / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Н.А. Попов // Науч. и техн. аспекты охраны окр. среды: обзор. информ. / ВИНИТИ. - 2006. - № 6. - С. 62 - 70.

61. Денисова, И.А. Прямой электролиз в потоке в технологии обеззараживания природной воды / В.Н. Чумакова, И.А. Денисова // Мелиорация антропогенных ландшафтов: межвуз. сб. научн. тр. / Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2006. - Т. 25: Природопользование на сельскохозяйственных и городских территориях степной зоны. - С. 110 - 113.

62. Денисова, И.А. Технологические и экологические аспекты переработки углистого колчедана / И.А. Денисова, В.В. Гутенев, Н.А. Попов // Юг России: экология, развитие. - 2007. - № 3. - С. 63 - 72.

63. Экологизация хлорной технологии биоцидной обработки воды / А.И. Ажгиревич, В.В. Гутенев, И.А. Денисова [и др.] // Юг России: экология, развитие. - 2007. - №4. - С.34 - 39.

64. Отходы углеобогащения - сырьевой источник для производства серной кислоты и азотного удобрения / И.А. Денисова, А.В. Лайко, Н.А. Попов [и др.] // Мелиорация антропогенных ландшафтов: межвуз. сб. научн. тр. / Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск, 2007. - Т. 27: Вопросы защиты и улучшения городских и сельских территорий. - С. 10 - 19.

65. Получение и применение раствора аммиачного комплекса меди для дехлорирования и дезинфекции воды / В.В. Денисов, А.И. Ажгиревич, И.А. Денисова [и др.] // Научно-педагогические школы ЮРГТУ (НПИ): история, достижения, вклад в отечественную науку; сб. науч. статей / Южн.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ).- 2007. - Т. 1. - С. 461 - 468.

Размещено на Allbest.ru

...