CC BY
10
ОСОБЕННОСТИ КОАГУЛЯЦИИ ТОКСИЧНЫХ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД ИЗ
КАРТЫ ПОЛИГОНА ИХ ЗАХОРОНЕНИЯ
Ержанова Ж.Ж. ®
Магистрант, кафедра "Гражданское строительство и прикладная экология", Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Аннотация
В статье приведены результаты применения стандартных коагулянтов (хлорида железа и оксихлорида алюминия), а также щелочного раствора феррата натрия, для предочистки нефтесодержащей токсичной воды, характеризующейся низким (отрицательным) значением окислительно-восстановительного потенциала.
Ключевые слова: нефтесодержащие токсичные воды, коагулянты, редокс- потенциал, феррат натрия.
Keywords: oily toxic waters, coagulants, redox potential, sodium ferrate.
Токсичные нефтесодержащие стоки, особенно накопленные в хвостохранилищах, котлованах полигонов их хранения, представляют большую опасность для окружающей среды через испарения в атмосферу и просачивание токсичных веществ в выстилающие породы. Поэтому проблема их обезвреживания будет оставаться актуальной до полной переработки таких "источников".
К настоящему времени разработан ряд технологий для очистки нефтесодержащих токсичных вод, которые включают методы окисления, адсорбции, биосорбции, обратного осмоса, магнитный, флотационно-кавитационный, гидроволновой, электрохимические и другие [1-5]. В то же время, коагуляция остается одним из наиболее распространенных и доступных методов одновременного извлечения органических молекулярно растворенных и минеральных (органо-минеральных) взвешенных примесей, который можно применять перед использованием тонких методов (мембранных, усиленного окисления и др.).
Несмотря на то, что постоянно разрабатываются и поступают на рынок новые коагулянты, хлорид железа и оксихлорид алюминия широко применяются как в водоподготовке, так и в водоочистке. Но для стоков, состав которых зависит от многих факторов, необходимо учитывать их особенности при использовании коагулянтов, например, знак и величину редокс-потенциала [6-7]. Наряду с классическими коагулянтами в работе опробовано коагулирующее действие щелочного раствора феррата натрия, полученного электрохимическим путем [8].
Объектом исследования служили пробы нефтесодержащей воды из карты полигона захоронения токсичных отходов с низким значением редокс-потенциала (- 260 мВ).
В качестве коагулянтов применяли водный раствор хлорида железа (FeCl36H20), водный раствор оксихлорида алюминия под торговой маркой АКВА-АУРАТ (Аква-Аураттм30 с массовой долей Al203(30±0,6)%) и свежеприготовленный раствор феррата натрия, полученный электрохимическим путем [8].
Основные эксперименты по коагуляции проводили в одинаковых пробирках объемом 20 (40) см3, в которые помещали по 10(20) см3 обрабатываемой воды. Коагулянт вводили практически одновременно в сравниваемые образцы, в течение двух минут проводили перемешивание содержимого пробирок, затем пробирки помещали в штатив. Через определенные промежутки времени делали фотографии, затем из верхней части пробирок отбирали по 5(10) см3 жидкости. Для анализа проб использовали следующее оборудование: титратор Titration Excellence Т70 (MettlerToledo, Switzerland / USA), ионометрический
® Ержанова Ж.Ж., 2017 г.
преобразователь И-500 (ООО «НПО АКВИЛОН), спектрофотометр СФ-56 (ЗАО «ОКБ Спектр», Россия), спектрофлюориметр Флюорат-02-Панорама (ООО «ЛЮМЭКС», Россия). Концентрацию феррата натрия определяли по спектрам поглощения при длине волны 505 нм [9-10]. Коэффициент его молярного поглощения (е) при этой длине волны равен 1170 м-1*см-
1 [9].
Для пробы воды из карты полигона с отрицательным значением редокс-потенциала (260 мВ), рН 6,5, проведено сравнение эффективности коагуляции примесей при введении хлорида железа и оксихлорида алюминия до концентраций 40 и 80 мг/дм3 по железу и алюминию. Фотомониторинг показал, что через 20 и 40 минут после введения коагулянтов в пробах с оксихлоридом алюминия осадок отсутствовал, в то время как в пробах с хлоридом железа он был заметным уже через 20 минут. Спектральный анализ надосадков, отобранных через 40 минут, показал снижение значений оптической плотности в видимой части спектров только для проб с добавлением хлорида железа (мутность, рассчитанная по оптической плотности при длине волны 540 нм, снизилась в 1,3 раза при концентрации 40 мг/дм3 по железу и в 1,7 раза при концентрации 80 мг/дм ). В то время как в надосадках после добавления оксихлорида алюминия мутность возросла в 1,2 раза, что свидетельствует (вместе с данными фотомониторинга) о начальной стадии коагуляции. Спектры регистрации флуоресценции также показали заметное снижение интенсивности в полосах релеевского светорассеяния при использовании хлорида железа (по сравнению с оксихлоридом алюминия) и некоторое снижение интенсивности в полосах люминесценции органических примесей в диапазоне 300-400 нм.
Для концентрации коагулянтов, равной 40 мг/дм3, проверено влияние знака редокс-потенциала на эффективность коагуляции. Параллельно испытывали пробы с исходным редокс-потенциалом, равным - 260 мВ, и пробы, редокс-потенциал которых доведен пероксидом водорода до +70 мВ. Следует отметить, что при доведении исходной воды до положительного редокс-потенцила изменился ее цвет (с серого на желтоватый), а также спектральные характеристики, причем по-разному в разных диапазонах дин волн. В табл. 1 приведены значения мутности проб и их отношения.
Таблица 1
Значения мутности исходных проб и фильтратов после действия коагулянтов, а также
их отношения
Проба/ коагулянт Исход Исход Бе Бе А1 А1
Знак ЯеёОх
Мутность, мг/дм3 79 49 46 32 95 63
Отношение мутн. исх "+" к мутн. пробы 1,5 0,8
Отношение мутн. исх "-" к мутн. пробы 1,7 2,5 0,8 1,25
Коагулянты: Бе - хлорид железа; А1 - оксихлорид алюминия
Из данных, представленных в табл.1 видно, что в целом изменение редокс-потенциала с резко-отрицательного на положительный приводит к значительному снижению мутности исследуемой воды при использовании в качестве коагулянта хлорида железа.
Спектры регистрации флуоресценции показали похожие результаты, причем не только для полос релеевского светорассеяния, но также для полос люминесценции органических примесей.
Эксперименты с ферратом натрия проводили на свежеприготовленных щелочных растворах при конечных концентрациях феррата натрия, равных 5, 10, 20, 40, 60 и 80 мг/дм3. Эффективность процесса хлопьеобразования и формирования осадка анализировали путем фотомониторинга через 5-6, 13-14 и 30 минут после введения феррата, качество надосадков,
отобранных через 50-55 минут, - методом спектрофотометрии (рис. 1) и спектрофлуориметрии.
Б
0 -I-1-1-—-• " I
300 400 500 600 700 800
Длина волны.нм
Рис. 1 Спектральные характеристики исходной воды из карты полигона и надосадков проб после действия феррата натрия в разных концентрациях
Полученные результаты показали, что для данной воды концентрация феррата натрия, равная 10 мг/дм , является оптимальной - при меньшей концентрации (5 мг/дм ) коагуляция не эффективна, при большей концентрации (20-80 мг/дм) спектры поглощения/светорассеяния практически неразличимы (рис. 1), в то же время в спектрах флуоресценции (в полосах при длинах волн 300 и 330-340 нм) наблюдалось уменьшение сигнала с ростом концентрации ферратов. В то же время, эта зависимость могла быть следствием уменьшения интенсивности флуоресценции (в щелочной области) с ростом рН.
В эксперименте, выполненном на большем объеме воды (0,6 дм3) при концентрации феррата натрия, равной 10 мг/дм , получены близкие спектры и близкие значения мутности. Так мутность исходной воды составляла 72 мг/дм3, а мутность надосадка - 3,4 мг/дм3, степень очистки по мутности превышала 95 %. Степень очистки по цветности, определенной при длине волны 364 нм без поправки на мутность, составляла 70 %, ас поправкой на мутность (выполненной методом спектротурбидиметрии) - 30 %.
Таким образом, щелочной раствор феррата натрия в концентрации по железу 10 мг/дм3, обеспечивал более эффективную предочистку исследуемой нефтесодержащей токсичной воды из карты полигона со значением редокс-потенциала -260 мВ, чем хлорид железа в концентрации 40 мг/дм3 (при этом оксихлорид алюминия без изменения редокс-потенциала до положительных значений приводил к увеличению мутности). Однако при практическом использования щелочного раствора феррата натрия следует учитывать существенный рост рН (при концентрации феррата натрия 10 мг/дм рН воды возрастал до значения 11,7).
Литература
1. Очистка нефтесодержащих сточных вод с помощью природных и искусственных сорбентов Н.М. Привалова, М.В. Двадненко, А.А. Некрасова, О.С. Попова, Д.М. Привалов // Научный журнал КубГАУ). Краснодар: КубГАУ, - 2015. - №113 (113) - С. 297-306.
2. Исследование методов очистки вод от загрязнений нефтью и нефтепродуктами / Н.М. Привалова, М.В. Двадненко, А.А. Некрасова, О.С. Попова, Д.М. Привалов // Научный журнал КубГАУ . Краснодар: КубГАУ, - 2015. - №113 (113) - С. 307-316.
3. Воловник Г.И., Коробко М.И. Электрохимическая очистка воды. Хабаровск. Изд-во ДВГУПС. -2002. - 67 с.
4. Матвеев Н.А. Изучение эффективности метода обратного осмоса для очистки воды от нефтепродуктов и СПАВ: дисс....к.т.н.. Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет. Москва, - 2015. - 159 с.
5. Старцев А.А. Инновационные технологии очистки //ЮНИДО в России. - 2010. - № 1. - С. 5861.
6. Модельные эксперименты по коагуляционно-мембранной доочистке сложных стоков / Д.Д. Колосова, А.А. Маслак, Н.Н. Ролле, Л.М. Молодкина // Инженерно-строительный журнал. -2013.- № 6.- С. 22-30.
7. Влияние редокс-потенциала среды на эффективность технологии очистки токсичных нефтесодержащих жидких отходов / Д.Д. Колосова, М.П. Вовк, Л.М. Молодкина, А.Н. Чусов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2013. - Вып. 3(178). - С. 306-313.
8. Технология производства реагентов для обеззараживания питьевой воды и стоков / А.П. Петкова, В.Е. Брунман, М.В. Брунман, А.В. Коняшин, Е.Н. Аракчеев // Экология и промышленность России. - 2016. - № 5. - С. 10-15.
9. Michael D. Jonson and Brooks J. Hornstein The Kinetics and Mechanism of the Ferrate(VI) Oxidation of Hydroxylamines // Inorg. Chem. - 2003. - 42 (21). - Pp 6923-6928.
10. Yunho Leea, Jeyong Yoon, Ursvon Gunten Spectrophotometry determination of ferrate (Fe(VI)) in water by ABTS // Water Research. -2005. - V. 39, - Is. 10. - Pp. 1946-1953.
