CC BY
40Бузаева М. В., шарапова А. В., климов Е. С., Наместникова О. В.
утилизация отработанных проти вообледен ительн ых жидкостей с использованием цеолитов
Исследован процесс очистки отработанных противообледенительных жидкостей сорбцией на цеолитах, определены его оптимальные параметры. Показана возможность использования природных цеолитов для утилизации противо-обледенительных жидкостей с получением водных растворов гликолей.
Ключевые слова: противообледенительные жидкости, гликоли, очистка, сорбция, цеолиты.
Buzaeva M., Sharapova A., Klimov E., Namestnikova O.
RECOVERY OF USED DEICING FLUIDS WITH ZEOLITES
The process purification of used deicing fluids sorption on zeolites was investigated. The optimum parameters of the cleaning process are defined. The possibility of using natural zeolites for utilization of deicing fluids to produce aqueous solutions of glycols was demonstrated.
Keywords: deicing fluids, glycols, cleaning, sorption, zeolites.
Безопасность при эксплуатации воздушных судов в условиях обледенения зависит от многих факторов: метеорологических, технических, организационных. Для предотвращения негативного влияния снежно-ледяных отложений (СЛО) выполняется противообледени-тельная обработка воздушных судов с помощью специальных жидкостей, включающая удаление СЛО и защиту от их дальнейшего образования. Основной функцией противообледенительных жидкостей (ПОЖ) является понижение точки замерзания осадков, которые попадают на самолёт. Обработка ПОЖ препятствует накоплению льда, снега, слякоти или ледяного налёта на критических поверхностях.
При обработке воздушных судов используются жидкости I—IV типов. Основными компонентами ПОЖ являются гликоли (этиленгликоль, диэтиленгли-коль, пропиленгликоль или их смеси).
Жидкости I типа обладают сравнительно низкой вязкостью. Кроме глико-лей, они содержат замедлители коррозии, смачивающие агенты, антипенные присадки и красители. В состав остальных типов ПОЖ, кроме перечисленных компонентов, входят загустители.
Отработанные ПОЖ содержат в своём составе этиленгликоль, пропиленгликоль, противокоррозионные и противопенные присадки, ПАВ, краситель, полимерные загустители, катионы металлов, примеси нефтепродуктов, механические примеси и воду. Экологическая опасность этих технологических жидкостей связана, в первую очередь, с высокой токсичностью этилен-гликоля. Эти виды отходов, относящиеся к третьему классу опасности, образуются в больших количествах. За год в аэропорту потребляется несколько миллионов литров ПОЖ (это зависит от его размера и климатических условий).
Для утилизации ПОЖ чаще всего используют следующую схему:
- механическая очистка;
- удаление полимерных и противокоррозионных присадок и красителей ультрафильтрацией сквозь мембрану с величиной пор 0,002-0,1 мкм;
- извлечение катионов и анионов на ионообменных смолах и последующее упаривание жидкости.
Полученная смесь этиленгликоля, пропиленгликоля и воды после введения
Переработка
необходимых добавок может быть использована повторно в качестве тепло-и хладоносителя. Большее распространение в этой области применения находит этиленгликоль. Пропиленгликоль в виде водного раствора с антикоррозионными присадками также применяется для систем отопления жилых и промышленных помещений, в качестве автомобильных антифризов, как компонент тормозных и гидравлических жидкостей, в системах жидкостного охлаждения компьютеров. Меньшая доля жидкостей на основе про-пиленгликоля в этих областях применения связана с его высокой стоимостью.
Применение метода ультрафильтрации, обеспечивающего более 99 % очистки от крупных органических молекул -присадок ПОЖ, обладает рядом недостатков. Использование давления в несколько атмосфер требует специального оборудования и высоких энергозатрат. На поверхности мембраны может образовываться слой осадка, затрудняющий дальнейшую фильтрацию из-за большего гидравлического сопротивления, чем у мембраны установки ультрафильтрации. Это требует тонкой предварительной механической очистки жидкости и особенно актуально при очистке от полимерных загустителей ПОЖ.
Исследование сорбционной способности цеолитов по отношению к компонентам ПОЖ проводили по основным показателям, характеризующим наличие в жидкости присадок-загустителей и содержание гликолей: кинематической вязкости и показателю преломления. Для образцов с максимальной степенью извлечения примесей присадок дополнительно определяли химический состав.
Кинематическую вязкость определяли по ГОСТ 33-2000 с помощью вискозиметра ВПЖ-2 (ГОСТ 10028) при температуре 20 ± 0,2 °С. Показатель преломления при 20 °С определяли по ГОСТ 18995.2-73. Химический состав ПОЖ до и после очистки выявляли на газовом хроматографе «Кристалл 5000.2» с масс-селективным детектором «Thermo ISQ» с ионизацией электронным
ударом (70 эВ). Для изучения процессов очистки использовали противообледенительную жидкость МахР^^ 04'. Для извлечения различных примесей использовали смесь исходной ПОЖ (содержание гликолей 80%) с дистиллированной водой в соотношениях 1:1 и 1:3.
Характеристики исходных образцов ПОЖ: кинематическая вязкость при разбавлении 8,14 мм2/с (в 2 раза) и 6,45 мм2/с (в 4 раза), показатель преломления при разбавлении - 1,3457 (в 2 раза) и 1,3414 (в 4 раза).
Исследовалась возможность использования природного материала, обладающего сорбционными свойствами для первых стадий очистки отработанных ПОЖ - механической, сорбционной очистки от присадок. При дополнительной химической или термической обработке возможно использование природных сорбентов и для третьей ступени очистки - ионообменной. Природные материалы дешевле синтетических сорбентов даже с учётом предварительной термической или химической обработки, необходимой для улучшения их сорбци-онных и фильтрационных свойств.
Цеолитсодержащие породы оптимально подходят для сорбционной очистки. Природные цеолиты - минералы каркасно-алюмосиликатного типа вулканическо-осадочного происхождения. В практических целях цеолиты применяются для удаления из воды ионов, а также коллоидных частиц. Цеолит способен извлекать такие вещества, как фенолы, формальдегид, красители, пестициды, хлорамины и хлорорганические вещества, а также поверхностно-активные вещества ионогенного характера и органические кислоты [1]. Цеолиты отличаются стабильностью механических и сорбци-онных свойств в процессе многоцикловой работы: «сорбция - регенерация». Также в литературе отмечается сравнительно высокая ионообменная ёмкость цеолита (близка к ионообменной ёмкости сульфо-углей и катионита КУ-1) [2].
Проведённые исследования оценки качества цеолитсодержащих пород
Юшанского месторождения (Ульяновская область) показали, что, несмотря на меньшее содержание цеолитов по сравнению с другими месторождениями Поволжья, они не уступают богатым рудам по целому ряду показателей (влагоёмкости, термо-, кислотоустой-чивости), необходимым для успешной очистки жидкостей [3].
Были изучены различные способы предварительной термической обработки цеолита, которую проводили при температурах 120-400 °С. Полученные данные свидетельствуют, что при обработке до 400 °С (предел термостойкости цеолитов) не происходит значительного улучшения механических (прочность на раздавливание и истираемость) и сорбционных свойств. Для последующего изучения процессов очистки ПОЖ использовали исходный цеолит, измельчённый и разделённый на фракции (фракции 1-2, 2-3 мм и мелкодисперсный порошок).
Исследование процессов очистки отработанных ПОЖ на цеолитах проводилось в статическом режиме. Очищаемую жидкость перемешивали с мелкодисперсным порошком цеолита в течение 20 минут (соотношение сорбента и раствора 1:10) и выдерживали в течение суток при температуре 14 °С. Затем отделяли жидкость от сорбента и определяли её вязкость, показатель преломления.
В результате такой обработки вязкость очищаемой жидкости снижается в 4-6 раз. При очистке ПОЖ, разбавленной в 2 и 4 раза, вязкость составила 1,44 и 1,37 мм2/с, соответственно. Это свидетельствует о практически полном извлечении загустителей из воды. Показатель
преломления очищенной жидкости при очистке в динамическом и статическом режиме свидетельствует о преимущественном извлечении из ПОЖ примесей по сравнению с гликолем. Следовательно, получаемый фильтрат содержит значительное количество пропиленгликоля и может быть использован повторно.
Для изучения возможности многократного применения порошка цеолита при очистке в статическом режиме на одной порции сорбента проводили извлечение примесей из 3 порций ПОЖ, разбавленной в 2 раза.
При трёхкратном использовании порошка цеолита наблюдалась высокая степень извлечения примесей. Кинематическая вязкость в очищенных образцах составила 1,42-1,48 мм2/с.
Для очищенной ПОЖ определяли химический состав хроматографическим методом. Результаты химического анализа показали, что содержание гликолей в жидкости после очистки значительно не снижается. Примеси присадок содержатся в концентрациях в десятки раз меньших по сравнению с исходными ПОЖ.
Таким образом, при очистке отработанных ПОЖ на цеолитсодержащих сорбентах снижаются расходы на размещение отходов третьего класса опасности, возможна реализация получаемого продукта - смеси гликолей с водой (концентрата или раствора) и части отработанного сорбента для производства строительных материалов. Утилизация отработанных противообледенительных жидкостей обеспечит минимизацию загрязнения окружающей среды опасными гликольсодержащими отходами.
дитература
1. Машкова С. А. Очистка сточных вод с помощью природных сорбентов и их химически модифицированных аналогов: Дис. ... канд. техн. наук. - Владивосток, 2007.
2. Цицишвили Т. Г., Киров Г. Н., Филозо-ва Л. Д. Природные цеолиты. - М.: Химия, 1985.
3. Шарапова А. В. и др. Очистка гликоль-содержащих технологических жидкостей на цеолитах // Тезисы докладов междунар. конф. РХО им. Д. И. Менделеева «Химическая технология и биотехнология новых материалов и продуктов». - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. - С. 188-189.
