CC BY
19
УДК 631.879.34
Тагизаде Г.И.
магистрант,
химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
г. Баку, Азербайджан Научный руководитель: Багирова Н.Н.
к.х.н., доцент
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
г. Баку, Азербайджан
ЭКСТРАКЦИОННЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД EXTRACTION METHOD OF OIL-CONTAINING WASTEWATER TREATMENT
Аннотация
Данная статья посвящена разработке эффективных ресурсо- и энергосберегающих экстракционно-сорбционных способов очистки сточных вод от нефтяного загрязнения. Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность эффективной очистки сточных вод от нефти, сочетанием экстракционных методов. При этом, разработан способ очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов с использованием экстрагентов на основе минеральных масел, разработан способ очистки нефтесодержащих сточных вод сочетанием экстракционных процессов. Мы рассмотрели работу экстрагента в периодическом режиме. Но этот режим вносит сильные ограничения на работу очистных сооружений средних и крупных предприятий, связанных с образованием нефтезагрязненных сточных вод.
Ключевые слова
Экстракция, нефтесодержащие сточные воды, очистка, экстрагент, углеводороды.
Экстракционный метод очистки уже применяется при производстве минеральных масел [1]. Для того чтобы правильно подойти к проблеме экстракционной очистки загрязненных нефтью вод необходимо рассмотреть основные теоретические положения процесса экстракции.
Под экстракцией понимается процесс извлечения вещества из одной фазы контактом её с другой фазой, в которой извлекаемое вещество растворяется во много раз лучше, чем в первоначальной [2].
На практике, чаще всего применяют противоточную экстракцию. Противоточным (дробным) распределением называют многоступенчатую экстракцию, при которой обе жидкости (экстрагируемая и экстрагирующая) движутся в противоположном направлении и постоянно приводится в состояние равновесия. Экстракт, частично обогащенный экстрагируемым веществом, смешивается со свежим раствором, а раствор, уже частично проэкстрагированный, смешивается со свежим растворителем [3]. В соответствии с установленными санитарными нормами, допустимая концентрация ДКНефти= 0,3 мг/л, для сточных вод, сбрасываемых в городской коллектор. Далее нефть представляла собой отдельное, индивидуальное соединение, то решить эту экстракционную задачу не представляло бы сложности, и можно было просто рассчитать объемы экстрагента, которая бы обеспечила необходимую уровень допустимая концентрация ДК, при определенной кратности экстракции. Однако процесс осложняется тем, что нефть и нефтепродукты представляют собой сложную, многокомпонентную смесь различных углеводородов, с различным содержанием и растворимостью в воде. Становится, ясно что нельзя теоретически рассчитать процесс экстракционной очистки нефтесодержащих стоков. Это связано с постоянно меняющимся составом экстрагента и новым поступлением в него извлекаемых углеводородов.
Для того, чтобы экстракционная очистка работала по предложенному нами механизму, необходимо: исследовать существующие органические растворители и выбрать из них наиболее подходящие; провести экспериментальные исследования выбранных растворителей; сделать вывод о целесообразности использования экстракционной очистки вод от нефти и нефтепродуктов [4, 5].
Выбор экстрагента. В качестве экстрагента необходимо использовать растворитель, обладающий следующими свойствами: низкой растворимостью в воде; низкой способностью к образованию водных эмульсий; высокой вязкостью и температурой кипения; высокой поглотительной способностью нефти; доступностью; низкой стоимостью.
В наших исследованиях, в качестве экстрагента, были использованы: нефть, солярное масло, минеральное масло, полусинтетическое масло; синтетическое масло, а также индустриальное масло.
Применяемые в наших исследованиях экстрагенты представляют собой высококипящие фракции нефти, и характеризуются низкой растворимостью в воде. Задачей настоящего исследования является разработка способов, позволяющих максимально извлечь из сточной воды нефтепродукты (желательно вплоть до достижения ДК = 0,З мг/л, для вод, сбрасываемых в канализацию). При такой постановке задачи необходимо выяснить какое количество УВ, находящиеся в составе экстрагента могут переходить в водную фазу. Эта концентрация углеводородов, в дальнейшем, в настоящей работе будет упоминаться как «фоновая концентрация» экстрагента. Исходя из этого, на первом этапе исследований нами проведены эксперименты для определения фоновых концентраций экстрагента.
Методика эксперимента изложена ниже: В емкость объемом 2 литра наливалась дистиллированная вода, после этого на её поверхность наносился слой экстрагента в соотношении 1 единица объема экстрагента к 10 единицам объема воды. Емкость энергично встряхивалась до образования эмульсии. После встряхивания емкость устанавливалась на лабораторный стол, и замерялось время расслоения эмульсии на два несмешивающихся слоя. Отстоявшаяся вода сливалась через нижний кран и исследовалась на содержание углеводородов загрязнения с помощью ИК-Фурье спектрометра. Полученные данные показаны в таблице 1.
Исходя из данных таблицы 1, можно заключить, что использование в качестве экстрагента нефти и солярного масла нецелесообразно, так как остаточная концентрация нефтепродуктов в воде на уровне 20-40мг/л обеспечивается при применении механических очистных сооружений. Любой физико-химический метод очистки сточной воды от нефти позволяет очистить загрязненную нефтью воду до 8-12мг/л.
Таблица 1
Фоновая концентрация углеводородов, переходящих из экстрагентов в воду
№ п/п Экстрагент Концентрация УВ в исследуемой воде, мг/л Время расслоения, мин
1 Нефть 40 21
2 Солярное масло 20 8
3 Минеральное масло 2,7 2,0
4 Полусинтетическое масло 2,4 1,7
5 Синтетическое масло 1,9 1,8
6 Индустриальное масло 1,7 1,0
При этом необходимо учесть, что экстрагент меняет свои свойства, по мере образования смеси с нефтепродуктами переходящими в экстрагент, в ходе процесса экстракции. Начальная концентрация нефтепродуктов в сточной воде составляла 30 и 40 мг/л. Замерялось время, необходимое для полного расслоения образовавшейся эмульсии. В очищенной воде определяли остаточную концентрацию нефтепродуктов. При этом мы использовали различные объемные соотношения между экстрагентом и подаваемой водой.
Как мы видим, экстрагент постепенно ухудшает свои свойства до соотношения между ним и поглощенной нефтью в соотношении 1:20. Далее следует скачкообразное ухудшение его свойств. Очистка колеблется в пределах от 91,5%, в случае минерального масла, до 95% в случае применения
индустриального масла (табл.2).
Таблица 2
Влияние насыщения экстрагента нефтью на степень очистки
№ п/п Соотношение экстрагента к поглощенной нефти Остаточное содержание нефтепродуктов в очищенной сточной воде, мг/л
Минеральн. масло Полусинтетич. масло Синтетич. масло Индустриал. масло
1 1:0 2,7 2,4 1,9 1,7
2 1:0,5 2,7 2,4 1,9 1,7
3 1:1 2,8 2,4 2,0 1,7
4 1:3 2,9 2,5 2,0 1,8
5 1:6 2,9 2,6 2,1 1,8
6 1:10 3,1 2,7 2,2 1,9
7 1:15 3,2 2,8 2,2 1,9
8 1:20 3,4 3,0 2,3 2,0
9 1:25 9,4 8,8 7,5 6,8
Мы рассмотрели работу экстрагента в периодическом режиме. Но этот режим вносит сильные ограничения на работу очистных сооружений средних и крупных предприятий, связанных с образованием нефтезагрязненных сточных вод. Так, в случае средних предприятий, расход сточной воды колеблется в пределах 30-150 м /сут, а у крупных предприятий достигает 1000 м/сут. Для удовлетворения их нужд по очистке сточных вод необходимо использовать сооружения, работающие в непрерывном режиме пропускания.
Список использованной литературы:
1. Экстракция. / Г.И. Кузнецов, А.А. Пушков, B.C. Скачнов, А.В. Косогоров. - Уфа: Хим. пром-сть, 1994. -328 с.
2. Кузубова Л.И., Морозов С.В. Очистка нефтесодержащих сточных вод: Аналитический обзор / СО РАН. ГПНТБ, НИОХ. - Новосибирск, 1992. -72с.
3. Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. Водоотведение и очистка сточных вод. МГСУ Москва. 2006. -704 с.
4. А.П. Карманов, И.Н. Полина. Технология очистки сточных вод. Учебное пособие. Сыктывкар. 2015. 207 с.
5. М.П. Соколов. Очистка сточных вод. Учебное пособие. Москва. 2010.
© Тагизаде Г.И., 2022
