CC BY
7ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВОДООЧИСТКИ НА НОВЫХ СОРБЕНТАХ С МАТРИЦЕЙ ИЗ
БАЗАЛЬТОВЫХ МИКРОВОЛОКОН
Проведена оценка эффективности очистки воды от ионов железа и марганца на загрузках «Бентосорб» и «Birm».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кондратюк Е.В, Комарова Л.Ф., Буравлев В.О.// Вода Magazine. Рынки и тенденции. 2008. - с. 3638.
2. Пат. № 2345834 Российская Федерация, МПК B01J20/16. Кондратюк Е.В., Комарова Л.Ф., Лебедев И.А., Сомин В.А.; № 2007128249/15, заявл. 23.07.2007; опубл. 10.02.2009.
3. Буравлев В.О., Кондратюк Е.В // Материалы докладов VI Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых
ученых «Наука и молодежь», АлтГТУ, г. Барнаул, 2009. - с. 52-55.
4. Кондратюк Е.В, Комарова Л.Ф., Панасенко А.В., Буравлев В.О. // Журнал «Вода Magazine», №25(12), 2009. - с. 42-44.
5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисова, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под. ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. - 496 с.
6. Кондратюк Е.В. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. технических наук, - Барнаул. - 2008.- с.19.
7. Буравлев В.О. // Ползуновский альманах №2. 2009. -с.82-83.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И ЛИВНЕВЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
А.В. Панасенко, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова
В работе представлены экспериментальные исследования эффективности очистки воды от нефтепродуктов и ПАВ методом напорной флотации, а также рассмотрен способ получения нанокомпозитного материала по золь-гель технологии, исследованы его сорбци-онные и каталитические свойства, оценена эффективность использования полученного материала в сочетании с процессом флотации.
Ключевые слова: ПАВ, флотация, золь-гель технология, волокнистый сорбент
ВВЕДЕНИЕ
Одним из главных источников загрязнения водных ресурсов являются стоки, содержащие нефтепродукты и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Большие объемы стоков с ПАВ образуются на предприятиях химической и легкой промышленности, на гальванических линиях, линиях окраски и т.д. Сточные воды предприятий нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, автотранспортного комплекса, а также ливневой канализации наряду с моющими средствами содержат примеси взвешенных веществ, нефтепродуктов (моторных масел, смазочных и машинных масел).
Накапливаясь в водоемах, ПАВ и нефтепродукты оказывают сильное токсическое действие на флору и фауну, ухудшают орга-нолептические показатели воды, препятствуют процессам самоочищения водных объектов. Даже небольшие количества ПАВ (0,8 - 2 мг/л) вызывают обильное пенообразование, нарушают кислородный обмен в водоемах,
тормозят процессы фотосинтеза, сокращая кормовую базу, и приводят к гибели рыб.
Совершенствование и разработка новых технологий по очистке стоков от данных загрязняющих веществ является важной экологической задачей.
Обезвреживание промливневых вод имеет ряд особенностей. Эти стоки представляют собой смесь истинно растворимых соединений и эмульгированных органических примесей. Устойчивость формируемых эмульсий зависит от множества факторов, таких как кислотность среды, ионная сила раствора, наличия компонентов технических моющих средств и т.д. [1].
Очистить рассматриваемые сточные воды до нормативных требований практически невозможно одним каким-либо методом. Поэтому обычно их очистка осуществляется в несколько ступеней, каждая из которых обеспечивает удаление отдельных компонентов, находящихся в определенном фазово-дисперсном состоянии. Как правило, такие многоступенчатые схемы состоят из несколь-
ПАНАСЕНКО А.В., КОНДРАТЮК Е.В., КОМАРОВА Л.Ф.
ких этапов: предочистка от механических примесей и неэмульгированных и грубо-эмульгированных нефтепродуктов (тонкослойный отстойник), основна очистка от ПАВ и тонкоэмульгированных частиц (флотатор) и доочистка от растворенных нефтепродуктов и остаточного количества ПАВ (сорбционный фильтр).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В настоящее время альтернативным направлением очистки воды является совмещение нескольких методов в одном сооружении, например, сорбционная микрофлотация.
Механизм процесса сводится к адсорбции загрязняющих веществ на поверхности частиц носителей, которые флотируются.
Украинскими учеными подтверждена возможность интенсификации флотационного извлечения исследуемых ПАВ путем введения в их растворы неорганических и органических осадителей или сорбентов: гексациа-ноферрат (II) калия, гексацианоферрат (III) калия, алкилсульфаты натрия, оксид кремния, гидроксид железа (III), гидроксид алюминия и т.д. Это позволяет рекомендовать оса-дительную и сорбционную микрофлотацию для извлечения ПАВ из техногенных растворов. Проведение процесса в режиме осади-тельной и сорбционной микрофлотации увеличивает скорость флотации в 2 - 2,5 раза [2].
Целью настоящей работы являлось одновременное осуществление процессов флотации и сорбции на микроволокнистом мете-риале для извлечения нефтепродуктов и ПАВ из загрязненных вод.
В качестве волокнистого материала представлялось перспективным использование базальтовых волокон. Внутренняя структура волокна представляет собой матрицу хаотично связанных базальтовых нитей и иголок, образующих достаточно прочный каркас (низкие показатели по механическому истиранию и разрушению), открывающий большие возможности для его модификаций и использования в технологиях водоочистки.
В исследованиях базальтовое волокно в немодифицированном состоянии уже доказало свою высокую эффективность по извлечению из воды нефтепродуктов, железа (М,Ш) [3, 4], а также взвешенных веществ.
Оценку эффективности флотационной очистки проводили на лабораторной установке, представляющей собой насос с сатуратором, емкость прямоугольной формы (собственно флотатор) с распределительным устройством Н-образной формы. Последнее вы-
полнено из двух линий пластиковых труб, соединенных между собой, на которых закреплены насадки, расположенные на небольшом расстоянии относительно друг друга, что позволяет равномерно распределять воду, насыщенную воздухом, в сатураторе.
Начальные концентрации загрязняющих веществ в модельном растворе составили: по ПАВ - 100 мг/л, по нефтепродуктам - 50 мг/л. Для определения их остаточных концентраций были освоены стандартные методики анализа, разработанные Ю.Ю. Лурье [5].
Показатели эффективности работы флотатора по ПАВ (лаурилсульфат натрия) и нефтепродуктам (синтетическое моторное масло Mobil Super 3000) представлены на Рисунке 1. В качестве регулируемого параметра выступил расход воздуха Q (м3/ч).
Как показал эксперимент, оптимальными значениями расхода воздуха и времени флотации, обеспечивающими эффективность очистки до 70 % по ПАВ и до 80 % по нефтепродуктам, является 0,7 м3/ч и 50 мин соответственно.
Следовательно, на выходе из флотационного устройства концентрация ПАВ составляет не более 30 мг/л, концентрация нефтепродуктов - не более 10 мг/л.
Волокнистый наносорбент синтезировали по золь-гель технологии [6].
а)
б)
Рисунок 1. Зависимость эффективности очистки воды (Э) от времени флотации © при различных расходах инжектируемого воздуха: а) ПАВ; б) нефтепродукты
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И ЛИВНЕВЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Блок-схема, иллюстрирующая этапы золь-гель синтеза нанокомпозитных материалов, приведена на Рисунке 2 [7].
/--\
Золь-гель
технология
Золь-гель системы на
основе алкоксидов
/■ N S \
Гомогенный Гетерогенный Цитратный метод Хелатный метод
метод метод
^ J
Рисунок 2. Блок-схема этапов золь-гель синтеза
Для получения сорбента использовали цитратный золь-гель метод, включающий следующие стадии:
1. Синтез золей.
В качестве золей нами были взяты спиртовые растворы солей различных металлов с добавлением реактива Фентона, состоящего из раствора Н202 и соли Fe (II). Для полного диспергирования вносили лимонную кислоту [8].
2. Образование и нанесение пленок.
Пленочная структура формировалась
путем разлива раствора на минеральную базальтовую подложку и выдерживании на воздухе до полного испарения растворителя. Таким образом, происходит равномерное распределение солей металлов в базальтовой волокнистой матрице.
3. Термообработка материала.
В ходе синтеза металлические ионы и лимонная кислота образуют хелатные комплексы. Хелаты имеют свободные гидро-ксильные группы, за счет которых идет поли-этерификация с многоатомным спиртом. Вследствие этого происходит равномерное распределение ионов различных металлов в резиноподобном прекурсоре на базальтовой подложке, при последующей термообработке которого образуется высокодисперсный сложнооксидный органоминеральный сорбент.
Исследование статической обменной емкости (СОЕ) полученного материала показало недостаточно высокую избирательность по отношению к ПАВ (СОЕ от 2 до 3 мг/г).
Далее была проведена оценка каталитической активности сорбента, которая выявила, что удаление из растворов ПАВ и нефтепродуктов проявляется при наличии большо-
го количества растворенного кислорода, что представляется возможным при использовании полученного нанокомпозита во флотационном режиме. Такой способ использования каталитического сорбента обеспечивает двойной положительный эффект: во-первых, происходит слипание загрязняющих веществ с пузырьками воздуха и всплытие их на поверхность жидкости; во-вторых, окисление флотируемых загрязнений при контакте их с каталитическим материалом.
Предварительные лабораторные исследования указывают на целесообразность дальнейшего изучения свойств полученного органоминерального нанокомпозита при очистке нефтесодержащих промышленных и ливневых сточных вод.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследована эффективность процесса флотации, достигающая максимальных значений (до 70 % по ПАВ и до 80 % по нефтепродуктам) при расходе воздуха 0,7 м3/ч и времени 50 мин.
Получены опытные образцы органоми-нерального нанокомпозита, оценены сорбци-онные и каталитические свойства, которые показали целесообразность их использования для удаления из воды нефтепродуктов и ПАВ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колесников В.А. и др. // Вода: химия и экология №3, март 2010 г. с. 14-20.
2. Streltsova E.A., Voluvach O.V., Chromisheva E.A. // Abstract of XIII International Conf. «Surface Forces». - Moscow (Russia). 2006. - P. 131.
3. М.Ю.Елисеев, Е.В. Кондратюк// Сборник тезисов докладов 61-ой НПК студ, асп, проф-препод. состава АлтГТУ им. И.И.Ползунова "Научнотехниче-ское творчество молодежи". Из-во АГТУ Барнаул. - 2003. -С. 13-14 с.
4. И.А. Лебедев, Л.Ф. Комарова, Е.В. Кондратюк // Ползуновский вестник. - 2004. - №4 - С 171-176 с.
5. Унифицированные методы анализа вод, под ред. Ю. Ю. Лурье, изд. 2-е исправ. М.: Химия, 1973. - 376 с.
6. Жабрев В. А. и др. Золь-гель технология: Учеб. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2004. -160 с.
7. Мищенко С.В., Ткачев А.Г. Углеродные нанома-териалы. Производство, свойства, применение. -М.: Машиностроение, 2008. - 320 с.
8. Pechini M P. US Patent, US 3330697, 6 pages, 1967.
Золь-гель системы на основе a-гидроксикислот
