CC BY
118
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 661.876:66.02
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА МОДИФИЦИРОВАННОМ ДИАТОМИТЕ И РЕГЕНЕРАЦИЯ СОРБЕНТА
© 2011 г. М.В. Бузаева, Е.М. Булыжев, И.Т. Гусева, Е.С. Климов
Ульяновский государственный Ulyanovsk State
технический университет Technical University
Исследованы процессы очистки сточных вод от нефтепродуктов с применением химически модифицированного диатомита. Использование намывных фильтров с модифицированным диатомитовым порошком позволяет проводить очистку воды со степенью извлечения нефтепродуктов более 95 %. Рассмотрены различные способы регенерации сорбента. Термическая регенерация отработанного диатомита при 300 °С обеспечивает максимальное восстановление сорбционной емкости.
Ключевые слова: очистка; сточные воды; намывной фильтр; регенерация сорбента.
Processes of sewage treatment from mineral oil with use chemically modified diatomite are investigated. Use of alluvial filters with modified diatomite powder allows to spend water treating with degree of extraction of mineral oil more than 95 %. Various ways of regeneration of sorbent are considered. Thermal regeneration fulfilled diatomite at 300°Сprovides the maximum restoration sorption capacities.
Keywords: clearing, sewage, the alluvial filter, sorbent regeneration.
Глобальной проблемой современных технологий машиностроения является разработка экологически безопасных систем с максимально замкнутым технологическим циклом и минимальным количеством отходов. Важное место в рассматриваемой проблеме занимают отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). В процессе эксплуатации СОЖ загрязняются механическими и другими примесями, подвергаются микробиологическому поражению и постепенно утрачивают свои технологические свойства. Водная фаза после разложения СОЖ содержит различные органические и неорганические вещества, в том числе и нефтепродукты. Одним из приоритетных способов очистки нефтесодержащих сточных вод является очистка с помощью природных сорбентов, преимущества которых определяются их доступностью, большой сорбционной емкостью, возможностью регенерации с восстановлением исходных свойств. Практика применения сорбентов показывает, что сорбционная обработка целесообразна как локальная операция после механических и других видов очистки [1].
Целью настоящей работы явилось использование диатомита в системах очистки сточных вод от нефтепродуктов и регенерация отработанного сорбента.
Диатомит достаточно активен в естественном состоянии, но его целесообразно дополнительно активировать химическим или термическим способом для увеличения и регулирования пористой структуры, изменения химической природы поверхности.
Исходный диатомит (фильтропорошок Инзенско-го диатомового комбината, Ульяновская область) был нами модифицирован раствором сульфата алюминия
(50 мг на 1 г диатомита) с последующей обработкой аммиаком и термообработкой при 200 оС в течение 2 ч. Удельная поверхность полученного сорбента, рассчитанная по изотерме адсорбции метиленового голубого, составляет 295 м2/г. Рассчитанная динамическая емкость составила 250 мг/г модифицированного сорбента [2].
Исследование сорбционных и фильтрационных свойств проводили на модельных смесях. Содержание масла в модельной сточной воде (дистиллированная вода с добавлением масла индустриального И-8А, используемого в процессе приготовления СОЖ) для определения степени извлечения составляло 50 мг/л, для определения емкости сорбента - 500 мг/л.
Адсорбционные характеристики исследуемых образцов определяли на фильтре-адсорбере. Высота слоя сорбента 10 мм, насыпная плотность около 0,4 г/см3: содержание частиц с размером 5-100 мкм составляет 60 %, менее 5 мкм - 35 %. Фильтрацию проводили при давлении 8-10 МПа, минимальная скорость фильтрации - 0,15 мм/мин. Раствор, прошедший через фильтр, анализировали на содержание нефтепродуктов (НП) на анализаторе АН-2 (методика ПНД Ф 14.1:2.5-95). По результатам анализа рассчитывали динамическую емкость и степень очистки:
а (%) = (Сисх - СКон)-100 / Сисх,
где Сисх - исходное содержание НП, мг/л; Скон - конечное содержание НП в очищенной воде, мг/л.
Результаты анализов обрабатывались с помощью программы Microsoft Excel с вычислением среднего арифметического значения ( x ), его отклонения (d =
= х - х), стандартного отклонения (5" = -^^^^/"(П^Г))
и доверительного интервала (х ± еа или х ± 5Х^,К /п). Значение заданной доверительной вероятности, а = = 0,95. Общее число определений, п = 4; число степеней свободы, К = п - 1 = 3. Значение коэффициента Стьюдента, ta, К = 3,18 [3].
Процессы глубокой очистки производственных стоков от углеводородов и других органических веществ, остающихся в воде после разложения СОЖ, предполагают различные технологические схемы использования сорбентов. Для повышения глубины очистки, увеличения времени фильтроцикла и срока службы сорбента, сточные воды предварительно очищаются от загрязняющих веществ механическими, физико-химическими и другими методами.
При гранулировании модифицированного порошка происходит уменьшение удельной поверхности и снижается его динамическая емкость. В связи с этим для очистки сточных вод от продуктов разложения СОЖ представляется целесообразным использование мелкодисперсного модифицированного диатомитово-го порошка. Технологически это реализуется в намывных фильтрах (рисунок).
Процесс очистки сточной воды на намывном фильтре включает намыв фильтрующего слоя путем подачи 0,3 - 0,5 % суспензии сорбента на фильтр в количестве до 900 г/м2 поверхности фильтрующих элементов и последующую фильтрацию сточных вод до избыточного перепада давления на фильтре, равного половине перепада давления на свеженамытом фильтре.
Количество извлеченных нефтепродуктов составляет до 220 г/м2 фильтрующей поверхности. Промывку фильтрующего элемента проводят обратным током чистой воды.
Кроме сорбции растворенных и эмульгированных загрязняющих веществ, в намывных фильтрах проис-
ходит тонкая очистка от механических примесей и взвешенных веществ.
Очнщенные СВ
Вода на промывку фильтра
' Сброс суспензии отработанного сорбента
Схема очистки сточных вод на намывном фильтре: 1 - корпус фильтра; 2 - фильтрующий элемент
На предприятии ОАО «Строймаш» (г. Ульяновск) были проведены промышленные испытания процесса очистки оборотной воды с использованием модифицированного диатомитового порошка. Оборотная вода от охлаждения оборудования содержит механические примеси, растворенные углеводороды, источником которых является масло, применяемое для смазки деталей. Использование намывных фильтров с модифицированным диатомитовым порошком позволяет проводить очистку воды нефтепродуктов со степенью извлечения более 95 %.
Таблица 1
Влияние различных способов регенерации отработанного модифицированного сорбента на его свойства
Термическая регенерация, т = 1 ч
Температура Степень Динамическая емкость. Восстановление
регенерации,°С извлечения,% Емкость сорбента до регенерации - 250 мг/г динамической емкости, %
200 68 105 42
300 77 125 50
400 97 165 68
500 77 70 28
800 45 * *
Химическая регенерация
Способ регенерации Степень извлечения, %
Обработка водой при 100 °С 46
Обработка раствором соды (5 %) 68
Обработка раствором серной кислоты (0,1М) 52
Обработка ацетоном 60
Примечание:* из-за низкой степени извлечения динамическую емкость не определяли.
Таблица 2
Сорбционные свойства регенерированного диатомитового порошка (t =400 °С, т = 1 ч)
Этап регенерации Степень извлечения, % Динамическая емкость, мг/г Восстановление динамической емкости, %
I 97 165 68
II 95 120 72
III 83 30 25
Для восстановления сорбционных свойств модифицированного фильтропорошка и повторного использования его в процессе очистки сточных вод исследовали возможность его регенерации химическими и температурными способами [4]. Химическую регенерацию отработанного сорбента осуществляли обработкой растворами соды, кислоты, водой при кипячении, ацетоном. Термическую регенерацию сорбента проводили в интервале температур 200 - 800 оС в течение времени т = 1-2 ч.
Для регенерированного сорбента определяли степень извлечения нефтепродуктов из воды и динамическую емкость. Восстановление сорбционной емкости сорбента после его регенерации рассчитывали как отношение сорбционной емкости регенерированного сорбента к емкости исходного сорбента. Полученные результаты приведены в табл. 1.
Изучение влияния различных способов регенерации сорбента на восстановление его сорбционных свойств показало, что регенерация при 400 оС дает наилучший результат - достигается высокая степень очистки от углеводородов и восстановление сорбци-онной емкости.
Поступила в редакцию
Было проведено три цикла «накопление - регенерация» с последующей оценкой сорбционных свойств регенерированного порошка (табл. 2).
Способ температурной регенерации показал наилучшие результаты по восстановлению сорбционной емкости. После первых двух циклов «накопление -регенерация» степень очистки регенерированным сорбентом составляла не менее 95 %. После третьего цикла происходит снижение степени извлечения нефтепродуктов до 83 % и сорбционной емкости до 30 мг/г порошка.
Термическая регенерация в производственных условиях проводится топочными газами в печах, оборудованных системами очистки отходящих газов.
Таким образом, использование химически модифицированного диатомита в намывных фильтрах обеспечивает очистку сточных вот от нефтепродуктов до 95 %.
Термическая регенерация при 400 °С в течение 1 ч приводит к восстановлению сорбционных свойств диатомитового сорбента.
Литература
1. Дистанов У.Г., Михайлов А.С., Конюхова Т.П. Природные
сорбенты СССР. М., 1990. 208 с.
2. Романова О.А., Бузаева М.В., Климов Е.С. Использование химически модифицированного диатомита в процессах очистки сточных вод от продуктов разложения смазочно-охлаждающих жидкостей // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2009. № 3. С. 89 - 91.
3. Урбах В.Ю. Математическая статистика для биологов и медиков. М., 1983. 267 с.
4. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л., 1982. 168 с.
3 ноября 2010 г.
Бузаева Мария Владимировна - канд. хим. наук, доцент, кафедра «Химия», Ульяновский государственный технический университет. Тел. (8422)43-33-08. E-mail: [email protected]
Булыжев Евгений Михайлович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Химия», Ульяновский государственный технический университет. Тел. (8422)44-42-45.
Гусева Ирина Тимуровна - канд. хим. наук, доцент, кафедра «Химия», Ульяновский государственный технический университет. Тел. (8422) 77-81-32.
Климов Евгений Семёнович - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Химия», Ульяновский государственный технический университет. Тел. (8422)40-00-99. E-mail: [email protected]
Buzaeva Maria Vladimirovna - Candidate of Chemistry Sciences, assistant professor, department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University. E-mail: [email protected]
Bulyzov Eugeny Михайлович - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University. Ph. (8422)44-42-45.
Guseva Irina Timurovna - Candidate of Chemistry Sciences, assistant professor, department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University. Ph. (8422) 77-81-32.
Klimov Evgeniy Semenovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University. Ph. (8422)40-00-99. E-mail: [email protected]
