CC BY
43
УДК 628.543.1; 628.16.081
Хаердинова А. Р., Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Любушкин Т. Рубин Е.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕДОБЫЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНЫХ КОАГУЛЯНТОВ
Хаердинова Арина Романовна - студент группы Э - 41 кафедры промышленной экологии Кузин Евгений Николаевич - к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии Кручинина Наталия Евгеньевна - д.т.н, проф., заведующая кафедрой промышленной экологии Любушкин Тимофей Геннадьевич- студент группы Э-21 кафедры промышленной экологии Рубин Егор Максимович - студент группы Э-23 кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Сточные воды процессов добычи и переработки нефти являются серьезной проблемой. Повторное использование подобных вод в процессах нефтедобычи зачастую затруднено из-за высоких содержаний эмульгированных нефтепродуктов и взвешенных веществ. Применение комплексных коагулянтов может стать эффективным решением проблемы очистки подобных стоков. Проведена сравнительная оценка эффективности традиционного сульфата алюминия в сравнении с перспективными титановыми коагулянтами. Определено, что наиболее предпочтительно использование в качестве модифицирующей добавки титанилсульфата. В результате экспериментов установлено, что эффективность очистки модельной воды от нефтепродуктов и взвешенных веществ при использовании комплексных коагулянтов достигает 70 и 98 % соответственно.
Ключевые слова: сточные воды, комплексный коагулянт, нефтедобыча
CLEANING OF WASTE WATER OIL PRODUCTION USING COMPLEX COAGULANTS
Khaerdinova A. R., Kuzin E. N., Krutchinina N. E. Lubushkin T. G., Rubin E. M.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Wastewater from the extraction and processing of oil is a serious problem. The reuse of such waters in oil production processes is often difficult due to the high content of emulsified petroleum products and suspended solids. The use of complex coagulants can be an effective solution to the problem of cleaning such drains. A comparative evaluation of the effectiveness of traditional aluminum sulfate in comparison with promising titanium coagulants. As a result of the experiments, it was established that the efficiency of purification of model water from oil products and suspended substances using complex coagulants reaches 70 and 98%, respectively. It has been established that it is most preferable to use titanyl sulfate as a modifying additive. Keywords : sewage, complex coagulant, oil production
Нефтедобывающая промышленность является развитой отраслью и одним из основных источников загрязнения биосферы. В процессах добычи и первичной подготовки нефти образуется большое количество сточных вод с высоким содержанием нефтепродуктов (100 - 15000 мг/л) и взвешенных веществ (до 5 г/л), а также высоким солесодержанием (более 20 г/л). Сброс подобных вод в окружающую среду оказывает существенное влияние на ее экологическое состояние. Повторное использование подобных стоков в процессах нефтедобычи зачастую затруднено, ввиду высокого их загрязнения эмульгированными нефтепродуктами и взвешенными веществами [1].
Одним из наиболее распространенных методов очистки оборотной воды является коагуляция в сочетании с отстаиванием или флотацией [2]. Традиционно для очистки сточных вод нефтедобывающей промышленности
используют сульфат алюминия, однако данный реагент недостаточно эффективен и имеет ограниченный рабочий диапазон рН [3].
Основной целью данной работы является оценка возможности использования соединений титана в качестве коагулянтов в процессах очистки модельной воды. Для достижения поставленной цели исследовано влияние различных форм продуктов гидролиза соединений титана (далее ПГСТ) и массовых соотношений солей титана и алюминия на эффективность очистки.
Измерение массовой концентрации нефтепродуктов в сточных водах выполняли спектрофотометрическим методом на портативном концентратомере КН-2М с экстракцией на четырёххлористом углероде. Определение содержания взвешенных веществ проводили на портативном турбидиметре HANNA HI 98703.
В качестве исследуемых образцов коагулянтов были выбраны сульфат алюминия (Al2(SO4)3), оксисульфат (TiOSO4) и хлорид титана (TiCl4), а также образцы комплексных коагулянтов. Образцы комплексных коагулянтов получали введением ПГСТ в водные растворы сульфата алюминия. Содержание ПГСТ в растворах варьировалось от 2,5
до 10 масс. % от массы коагулянта (в пересчете на сумму оксидов).
Модельный раствор готовили растворением солей (хлориды, сульфат и карбонат натрия/кальция) растворяли в 5 литрах теплой воды (50°С) при интенсивном перемешивании в течение 20 минут с последующим диспергированием навески нефти (~ 0,5 г «Бакинская нефть»). Полученный в результате модельный раствор имел концентрацию нефтепродуктов ~ 100 мг/л и pH ~ 7,1.
Пробную коагуляцию проводили на лабораторном флокуляторе VELP ScientificaFC4S. Время быстрой коагуляции - 2 минуты, медленная коагуляция (хлопьеобразование) - 8 минут, отстаивание в течение 30 минут.
На первом этапе была определена эффективная доза сульфата алюминия, при которой достигается максимально возможная эффективность очистки от взвешенных веществ (Рисунок 1).
50 45 40
0 20 40 60 80 100
Доза коагулянта, мг(А1203)/л
Рисунок 1. Эффективность очистки модельной воды сульфатом алюминия
Из данных рисунка 1 видно, что максимальная эффективность очистки достигается при дозе коагулянта 60 мг/л и составляет 38 %. Снижение эффективности очистки при дальнейшем увеличении дозы коагулянта можно объяснить явлениями перезарядки частиц гидроксида алюминия.
Эффективность очистки
На следующем этапе эксперимента была подобрана оптимальная доза титансодержащих коагулянтов, показавших высокую эффективность в процессах очистки сточных вод сложного состава [46]. Данные по эффективности очистки модельной воды от взвешенных веществ представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Эффективность очистки модельной воды с
использованием солей титана.
Доза коагулянта, мг по ТЮ2/л Эффективность очистки, %
ТЮБ04 пси
20 45,7 68,7
40 42,9 73,5
60 60,0 72,3
80 51,4 78,3
Из данных таблицы 1 видно, что при использовании в качестве коагулянта ТЮ4 удается достигнуть эффективности очистки 80 %; при использовании ТЮБ04 максимальная
эффективность очистки составила 60 %. Снижение эффективности очистки при дальнейшем увеличении дозы ТЮБ04 объясняется увеличением отрицательного заряда на поверхности частиц гидроксида титана и стабилизацией коллоидной системы. Повышенная эффективность комплексных реагентов обусловлена специфическими явлениями гидролиза соединений титана, поликонденсации соединений титана [7], а также явлениями зародышеобразования на поверхности
образующихся коллоидных частиц гидроксидов титана [8]. На основании предварительных расчетов использование чистых соединений титана в качестве коагулянта экономически нецелесообразно ввиду их высокой стоимости.
Заключительным этапом исследований стало определение эффективности очистки модельной воды от нефтепродуктов и взвешенных веществ с использованием образцов комплексных коагулянтов (сульфат алюминия, модифицированный
продуктами гидролиза соединений титана). Данные по эффективности очистки от взвешенных веществ представлены в таблице 2, а от нефтепродуктов -рисунке 2.
Таблица 2.
й воды от взвешенных веществ
Добавка соединений титана %, масс. по ТЮ2 Эффективность очистки, %
АЬ(804)з+ Т1С14 А12(Б04)з+ ТЮБ04
2,5 42,7 60,9
5 56,1 73,9
7,5 64,1 76,5
10,0 69,5 18,3
— Al!(S04)3 + TiC'h
Ab{S04)3 — Ab(S04)3 + IiOSOi
100
45
90
£
85
ь
s р КО
'J -е- 75
70
65
60
L-—*—--
1 1
1 [-- -
| Ф. \
10
20 30 40 50 60 70 ,~c '.i коагулянта, мг (по сумме оксидов )/л
S0
00
100
Рисунок 2. Эффективность очистки воды от нефтепродуктов.
Из данных таблицы 2 и графика 2 видно, что применение комплексных коагулянтов позволяет в 2,0 - 2,5 раза повысить эффективность очистки модельной воды от взвешенных веществ и нефтепродуктов по сравнению с чистым сульфатом алюминия. С учетом того, что добавка ПГСТ не превышает 10 % масс., стоимость КК возрастет незначительно.
Список использованной литературы
1. Обрядчиков С.Н. Технология нефти. Часть 2. 3-е изд., перераб. и доп. - Москва-Ленинград, Гостоптехиздат, 1952. - 408 с.
2. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. - М.: Ленинград, Недра, 1983. -263 с.
3. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами М.: Наука, 1977. — 356 с.
4. Y. Zhao, B. Gao, H. Shon, B. Cao, J.H. Kim, Coagulation characteristics of titanium (Ti) sait
coagulant compared with aluminum (Al) and iron (Fe) salts, J. Hazard. Mater., 185 (2011) P. 1536-1542 D01:10.1016/j.jhazmat.2010.10.084.
5. Н. Е. Кручинина, Е. Н, Кузин, С. В. Азопков Использование коагулянтов на основе хлоридов титана и кремния в процессах очистки фильтрата полигона твердых коммунальных отходов // Химическая промышленность сегодня - Москва: Изд-во «Химпром сегодня», 2017. № 8. С. 36 - 40.
6. Zhao, Y., S. Phuntsho, B. Gao, et al., Preparation and Characterization of Novel Polytitanium Tetrachloride Coagulant for Water Purification, Environ. Sci. Technol. 47 (2013) P. 12966-12975 DOI: 10.1021/es402708v.
7. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и технология нанодисперсных оксидов. Учебное пособие // М.: ИКЦ «Академкнига». -2007. -309 с.
8. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М., Науч. изд. 2005. 576 с.
