CC BY
24
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
Химические науки / Chemical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 66.067.8.09
DOI: 10.31161/1995-0675-2020-14-3-11-15
Разработка инновационных технологий физико-химических способов очистки воды
от нефтепродуктов
© 2020 Гераськина Т. В., Лебедев А. С.
Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина
Краснодар, Россия; e-mail: georg-geraskin@mail.ru
РЕЗЮМЕ. Цель. В статье приведены инновационные технологии очистки воды от нефтепродуктов. Методы. Показано, что для очистки воды наиболее подходят физико-химические способы и, в частности, коагуляция-флокуляция, которые позволяют очистить воду от коллоидных и растворенных загрязнений, остающихся в воде после применения механических способов очистки. Результаты. Рассмотрены различные способы очистки воды, загрязнённой нефтепродуктами, и на основе их анализа разработана инновационная технология, позволяющая добиваться заданной степени ее очистки. Разработана принципиальная схема, дающая возможность реализовать разработанную технологию. Приведены результаты лабораторных исследований по очистке воды от нефтепродуктов. Вывод. После очистки воды от нефтепродуктов в результате использования инновационных технологий очищенную воду можно сливать на рельеф или использовать для технических целей.
Ключевые слова: загрязнение воды, очистка воды, коагулянты, флокулянты.
Формат цитирования: Гераськина Т. В., Лебедев А. С. Разработка инновационных технологий физико-химических способов очистки воды от нефтепродуктов // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2020. Т. 14. № 3. С. 11-15. DOI: 10.31161/1995-0675-2020-14-3-11-15_
Development of Innovative Technologies of Physical and Chemical Methods for Water Purification from Oil Products
© 2020 Tatyana V. Geraskina, Aleksandr S. Lebedev
I. T. Trubilin Kuban State Agrarian University Krasnodar, Russia; e-mail: georg-geraskin@mail.ru
ABSTRACT. Aim. The article shows innovative technologies for water purification from oil products. Methods. For water purification are most suitable the physicochemical methods and, in particular, coagulation-flocculation, which allow water to be purified from colloidal and dissolved impurities remaining in water after using mechanical treatment methods. Results. Various methods of water purification contaminated with oil products are presented, and on the basis of their analysis an innovative technology has been developed. This achieves a given degree of water purification. A schematic diagram has been developed that makes it possible to implement the developed technology. It has been presented the results of laboratory research on water
••• Известия ДГПУ. Т. 14. № 3. 2020
••• DSPU JOURNAL. Vol. 14. No. 3. 2020
purification from oil products. Conclusion. After water purification from oil products as a result of the use of innovative technologies, it can be discharged onto the relief or used for technical purposes. Key words: water pollution, water purification, coagulants, flocculants.
For citation: Geraskina T. V., Lebedev A. S. Development of Innovative Technologies of Physical and Chemical Methods for Water Purification from Oil Products. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2020. Vol. 14. No. 3. Pp. 11-15. DOI: 10.31161/1995-0675-2020-14-3-11-15 (In Russian)
Введение
Производственная деятельность человека, направленная на развитие промышленного потенциала общества, в конечном итоге помимо достижения заданных целей в области ускорения научно-технического прогресса, приводит к загрязнению трёх основных экосистем: почвы, воздуха и воды. Причём все эти три системы, несмотря на кажущиеся различия, тесно взаимосвязаны между собой. Так загрязнение почвы автоматически влечёт за собой загрязнение подпочвенной воды, загрязнение воды - приводит к загрязнению почвы, а все вместе - к загрязнению воздуха за счёт имеющего места круговорота воды в природе и испарений в атмосферу. Поэтому в данной статье рассмотрены вопросы загрязнения воды и предложены технологические способы ее очистки, что опосредованно может предотвратить возможное загрязнение почвы и воздуха.
Материал и методы исследования
Предлагаемые нами способы достаточно универсальны, так как очистка воды по разработанной нами технологии может найти применение во многих отраслях народного хозяйства: от промышленного производства и сельского хозяйства до автозаправочных станций и обычных автомоек. В лабораторных условиях исследованы пробы воды, загрязнённой в результате работы предприятий нефте-газового комплекса. За сравнительную базу исследований приняты результаты работ многих авторов ведущих институтов нашей страны. Это работы В. Ю. Шеметова, В. А. Левшина во ВНИИКр нефти [1], Ю. М. Гержберга, Н. Д. Цхадая, З. Н. Овчар, А. Н. Попова [2] , Н. Е. Перекопской, Е. В. Бондарь в СевероКавказском Федеральном Университете, Л. Ф. Павленко, Т. Л. Клименко в Азовском НИИ рыбного хозяйства, Ю. В. Логунова [3], З. С. Ильхамова, А. И. Хасаева, Х. Н. Асхабова, М. С. Оздыханова в Чеченском государственном университете [4], Ю. М. Басаргина и С. Н. Шаброва на предприятии «Кубаньгазпром» [5], а также многих дру-
гих авторов. Однако одного универсального решения этой проблемы на сегодняшний день не существует.
Результаты и обсуждение
Вклад всех исследователей и каждого в отдельности в её решение значителен, основателен и обширен. Об этом могут свидетельствовать данные, которые дают представление о многочисленных разработанных ими способах очистки воды и почвы (рис. 1).
При этом каждый из способов применим для конкретных условий и степени загрязненности. На наш взгляд, для очистки воды наиболее подходят физико-химические способы и, в частности, коагу-ляция-флокуляция, которые позволяют очистить воду от коллоидных и растворенных загрязнений, остающихся в воде после применения механических способов очистки. Рассмотрим теперь, что же представляет собой коагуляционный-флокуляционный процесс и почему он наиболее подходит для решения вопроса очистки воды от нефтепродуктов. Вначале в загрязнённую воду вводится коагу-лянт(ы), которые обволакивают взвешенные частицы загрязняющих воду веществ, нейтрализуя их заряд и изменяя их поверхностные свойства. Происходит слипание загрязняющих веществ в достаточно большие агломерации, осаждающиеся в очищаемой воде с большой скоростью. Особенно следует отметить, что при коагуляции удаляются как коллоидные, так и взвешенные частицы, что повышает эффективность данного способа. Наиболее широко применяемыми коагулянтами на сегодняшний день являются хлориды, гид-роксихлориды полихлорид и другие соединения хлора, группы ОН с алюминием. Для того чтобы ускорить и интенсифицировать процессы коагуляции применяют флокуляцию. Флокуляция - это процесс хлопьеобразования при помощи макромолекул флокулянтом на поверхности частиц примеси.
СПОСОБЫ ОЧИСТКИ воды
Рис. 1. Способы очистки воды от нефтепродуктов
Рис. 2. Схема очистки воды, загрязненной нефтепродуктами
При этом довольно часто используется катионный полиэлектролит и полиэлектролит, позволяющий обеспечить эффективность очистки по нефтепродуктам до 70-80 % от исходной концентрации до 200 мг/л. После достаточно большого объёма проведённых нами лабораторных экспериментов нам удалось существенно повысить этот показатель, как за счёт дора-
ботки существующих технологий очистки, так и путём применения новых видов модифицированных коагулянтов и флоку-лянтов. На рис. 2 приведена разработанная нами принципиальная схема очистки загрязнённой нефтепродуктами воды. На рис. 2 изображено: 1, 2, 3.. ..п - емкости с коагулянтом; 4,5 - емкости с флокулянтом;
••• Известия ДГПУ. Т. 14. № 3. 2020
••• DSPU JOURNAL. Vol. 14. No. 3. 2020
6 - емкость для смешения загрязненной воды с коагулянтом;
7 - емкость для смешения загрязненной воды с флокулянтом;
8 - фильтры;
9 - шламовый насос.
Основное отличие разработанной нами технологии очистки от существующих состоит в том, что на первом этапе очистки (коагуляция) в емкость 6 с неочищенной водой подаётся несколько видов коагулянта из емкостей 1, 2 и 3, каждый из которых усиливает эффект предшествующего. Причём подаются они в строго определённой пропорции и через строго определенное время. Затем прокаогулированная смесь из емкости 6 подаётся в другую емкость 7 для смешивания с флокулянтом, подающимся из емкостей 4 и 5, количество видов которого, по нашим данным, может быть больше одного. Процесс флокуляции, при необходимости, может быть ускорен гидромеханическим путём. После блока с флокулянтом 7 отделенная от флокулиро-ванных хлопьев вода подаётся на систему фильтровой очистки 8, в которой происходит её доочищение от мелких механических примесей, и далее доочищенная вода может быть излита на рельеф. Коагулированный и флокулированный осадок в виде шламовых хлопьев выводится из емкостей 6 и 7 при помощи шламового насоса 9 в специальную емкость (на схеме не показана).
В нижеследующей табл. 1 приведены результаты лабораторных исследований по очистке загрязнённой нефтепродуктами воды, откуда видно, что содержание нефтепродуктов достаточно большой величины (394 мг/л) практически сведено к минимуму - 1,98 мг/л и 0,3 мг/л после фильтра.
В табл. 2 приведены лабораторные результаты по очистке подтоварной воды из работающей скважины, поступающей на устье вместе с нефтью. Как видно из данных табл. 3, содержание нефти в очищен-
ной воде имеет минимальное значение, не превышающее 0,16 мг/л.
Таблица1
Результаты лабораторных исследований воды, загрязненной нефтепродуктами после ее очистки коагулянтом и флокулянтом
Вода после
Загрязнен- очистки
Показатели ная вода, коагулянтом-
мг/л флокулянтом, мг/л
НС0" 511 115
ОН" отс 246
Общая минерализация 967 998
Содержание нефте- 394 1,98/0,3 - после
продуктов фильтра
Таблица 2
Результаты лабораторных исследований по очистке подтоварной воды из работающей скважины
Показатели Вода до очистки, мг/л Вода после очистки, мг/л
НС07 496 107
ОН" отс 292
РН 8,0 11,1
Общая минерализация 1011 1214
Нефтепродукты 371 0,16
Взвешенные вещества 262 0,7
Заключение
Из вышеизложенного следует важный вывод о том, что нами разработана инновационная технология, которая позволяет очищать загрязненную нефтепродуктами воду в лабораторных условиях до минимальных значений (0,16-0,3 мг/л) и сливать ее на рельеф, а также использовать для технических целей
Литература
1. Булатов А. И., Левшин В. А., Шеметов В. Ю. Методы и техника очистки и утилизации отходов бурения: обзор информ. Сер. Борьба с коррозией и защита окружающей среды. М.: ВНИИОЭНГ, 1985. 37 с.
2. Гержберг Ю. М., Цхадая Н. Д., Овчар З. Н., Попов А. Н. Реагентное обезвреживание отходов нефтегазовой промышленности // Строи-
тельные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2003. № 3 (50). С. 72-77.
3. Логунов Ю. В. Совершенствование технологии и оборудования для обезвреживания нефтезагрязненных материалов методом реа-гентного капсулирования: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2009. 21 с.
4. Асхабова Х. Н., Оздыханов М. С., Ильхаева З. С. Мониторинг качества питьевой воды горо-
да Грозный Чеченской Республики // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2017. Вып. 8. С. 94-99.
5. Басарыгин Ю. И., Будников В. Ф., Герась-кин В. Г., Мандель А. Я., Шабров С. Н. Установка
1. Bulatov A. I., Levshin V. A., Shemetov V. Yu. Metody i tekhnika ochistki i utilizatsii otkhodov bureniya: obzor inform. Ser. Bor'ba s korroziey i zashchita okruzhayushchey sredy [Methods and Technology for Cleaning and Utilization of Drilling Waste: a Review of Inform. Ser. Anti-Corrosion and Environmental Protection]. Moscow, VNIIOENG Publ., 1985. 37 p. (In Russian)
2. Gerzhberg Yu. M., Tskhadaya N. D., Ovchar Z. N., Popov A. N. Reagent neutralization of oil and gas industry waste. Stroitel'nye materialy, obo-rudovanie, tekhnologii XXI veka [Building Materials, Equipment, Technologies of the XXI Century]. 2003. No. 3 (50). Pp. 72-77. (In Russian)
3. Logunov Yu. V. Sovershenstvovanie tekhnologii i oborudovaniya dlya obezvrezhivaniya neftezagryaznennykh materialov metodom rea-gentnogo kapsulirovaniya: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk [Improvement of Technology and
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Гераськина Татьяна Вадимовна, аспирант кафедры прикладной экологии, факультет агрономии и экологии, Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина (КГАУ им. И. Т. Тру-билина), Краснодар, Россия; e-mail: georg-geraskin@mail.ru
Лебедев Александр Сергеевич, магистрант кафедры электрических машин и электропривода, факультет энергетики, КГАУ им. И. Т. Трубилина, Краснодар, Россия; e-mail: georg-geraskin@mail.ru
Принята в печать 02.07.2020 г.
для обезвреживания и утилизации бурового шлама // Патент Российской Федерации № RU 2145580 С1. 2000. 3 с.
Equipment for the Neutralization of Oil-Contaminated Materials by the Method of Reagent Encapsulation: Author's abstract of Ph.D. (Technics)]. Ufa, 2009. 21 p. (In Russian)
4. Askhabova Kh. N., Ozdykhanov M. S., Il'khaeva Z. S. Monitoring of the drinking water quality in Grozny city in the Chechen Republic. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Journal of Krasnoyarsk State Agrarian University]. 2017. Iss. 8. Pp. 94-99. (In Russian)
5. Basarygin Yu. I., Budnikov V. F., Geraskin V. G., Mandel A. Ya., Shabrov S. N. Ustanovka dlya obezvrezhivaniya i utilizatsii burovogo shlama // Patent Rossiyskoy Federatsii № RU 2145580 C1 [Installation for Neutralization and Disposal of Drill Cuttings. Patent of the Russian Federation No. RU 2145580 C1]. 2000. 3 p. (In Russian)
AUTHORS INFORMATION Affiliations Tatyana V. Geraskina, Ph.D. student, Department of Applied Ecology, Faculty of Agronomy and Ecology, I. T. Trubilin Kuban State Agrarian University (I. T. Trubilin KSAU), Krasnodar, Russia; e-mail: georg-geraskin@mail.ru
Alexander S. Lebedev, graduate student, Department of Electrical Machines and Electric Drive, Faculty of Energy, I. T. Trubilin KSAU, Krasnodar, Russia; e-mail: georg-geraskin@mail.ru
Received 02.07.2020.
References
