Очистка ливневых и сточных вод

В отличие от аналогов, сорбент  «Мегасорб» не теряет своих эксплуатационных характеристик при отрицательных  температурах, благодаря использованию  смесевой композиции волокон с различной температурой замерзания.

2.8 Сорбент «Новосорб»

Сорбент «Новосорб» успешно используется как эффективный сорбционный материал на минеральной основе для очистки нефтезагрязненных поверхностей и сточных вод. Данный сорбент, применяемый в сорбционных фильтрах, обеспечивает нормы сброса в бассейны канализования и в рыбохозяйственные водоёмы. Выпускается ЗАО "Газтурбо" на промышленных установках фонтанирующего слоя [21].

Преимущества выпускаемого продукта:

• Способен сохранять гидрофобные свойства при длительном (более 2 лет) контакте с водой;
• Способен эффективно очищать водную фазу даже от эмульгированных нефтепродуктов;
• Незначительно увеличивает гидравлическое сопротивление в процессе работы;
• Не вызывает вторичного загрязнения очищаемой воды.

Сорбент «Новосорб» пожаро и взрывобезопасен, не поддерживает горения. При попадании на кожу не вызывает раздражения. Нетоксичен на всех этапах применения, экологически безопасен.

 

2.9 Сорбент на основе перлита

Гидрофобные сорбенты на основе перлита выпускаются в гранулах различного размера. Они способны поглощать нефтепродукты в количестве до 35 % от собственного объема. Это свойство обеспечивается пористостью и особыми характеристиками поверхности, которые придаются последней с помощью специальной обработки. Основное сырье, которое используется для получения гидрофобных сорбентов – искусственные алюмосиликатные материалы.

Перлит — природный материал, порода, представляющая из себя вулканическое  стекло, в составе которого от 70 до 75 % SiO₂; от 12 до 14 % AI ₂O₃; от 3 до 5 % NaO, , до 1 % Fe₂O₃, CaO, МgО.

Отличительной особенностью перлитовой породы является содержание в ней от 2 до 5 % связанной воды [22].

Перлит обычно имеет пластинчатую структуру, каждое зерно перлита  состоит из параллельных пластинок феррита и цементита шириной в десятые доли мкм [23].

После очистки из сорбента происходит извлечение нефтепродукта, который  впоследствии либо утилизируется, либо перерабатывается. Отработанный сорбент  часто используется в производстве асфальтобетона.

Сорбент на основе перлита полностью  соответствует основным требованиям, которые предъявляются к веществам  для сбора нефтепродуктов при очистке промышленных стоков:

• Эффективно поглощает нефть или нефтепродукты;
• Обладает способностью к длительному хранению,
• Абсолютно пожаробезопасен,
• Не вызывает аллергической реакции при применении;
• Производится на основе гидрофобных материалов.

Следует отметить, что сорбент, используемый для сбора различных нефтепродуктов должен быть полностью безвреден  для окружающей среды и при этом способствовать сохранению экологического равновесия в случае длительного пребывания в почве или на воде. Применение органических сорбентов на основе активированного угля при нанесении и сборе вызывает образование пыли, для защиты от которой требуются специальные средства. В случае использования сорбентов на основе активированного угля также возможно загрязнение разлагаемыми органическими веществами, что приводит к экологическому дисбалансу в месте применения. Таким образом, для сбора и утилизации нефтепродуктов подходит сорбент на основе перлита.

В каждом конкретном случае целесообразность использования того или иного  сорбента необходимо обосновывать индивидуально. Создание новых сорбентов и применение их в технологических схемах очистки является актуальным направлением.

 

3 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель работы – усовершенствование технологии очистки нефтесодержащих вод БТЭЦ-2 с применением новых фильтровально–сорб-ционных материалов

Для выполнения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Изучить существующую технологическую схему энергетического предприятия БТЭЦ-2 .
2. Изучить существующие методы очистки нефтесодержащих стоков;
3. Разработать методику анализа нефтепродуктов в воде;
4. Изучить свойства существующих и новых фильтровально-сорбционных материалов, провести их сравнительный анализ;
5. Выбрать материал, подбрать оптимальные параметры процесса очистки с его применением.

В качестве технического решения усовершенствования технологии очистки нефтесодержащих вод БТЭЦ-2 предлагается заменить в механических фильтрах антрацитовую загрузку на новый сорбционный материал. Предложенная замена уменьшит затраты на сырье и материалы, снизит концентрацию загрязняющих веществ (в данном случае нефтепродуктов) на выходе, что позволит пустить воду в водооборотный цикл и тем самым значительно уменьшить затраты на водопотребление.

 

4 МЕТОДИКА АНАЛИЗА НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДЕ

Насколько качественно  и грамотно разработана методика определения нефтепродуктов в воде до и после ее очистки зависит  достоверность полученных экспериментальных данных. Поэтому при выборе метода анализа следует исходить из следующих данных: возможный интервал концентраций определяемого компонента, требуемая точность, специфичность, допустимое время и приемлемая стоимость анализа. Кроме этого низкое содержание нефтепродуктов в воде и их большое многообразие создают дополнительные трудности в освоении и разработке методики анализа, что обусловлено их химическим строением.

4.1 Методы определения концентрации нефтепродуктов  в воде

Определение нефтепродуктов представляет собой сложный процесс, включающий, как правило, не одну стадию: пробоотбор и концентрирование, отделение  от мешающих определению веществ  и собственно количественное определение [24].

При определении нефтепродуктов в воде следует устранить мешающее влияние всех веществ других классов. Для отделения от нефтепродуктов полярных органических веществ используют специальные сорбенты, через слой которых пропускают раствор выделенных из анализируемой пробы органических веществ в неполярном растворителе. Таким сорбентом может быть, например, оксид алюминия.

Существует множество методов определения нефтепродуктов в пробе. Выбор того или иного метода основывается на условиях работы в лаборатории: оборудование, требования к точности, чувствительности, скорости выполнения анализа и т.д. В таблице 6 представлены основные методы анализа нефтепродуктов: хроматографический, гравиметрический, флюориметрический, ИК-спектроскопический. При правильном соблюдении всех условий эти методы дают одинаково точные результаты и поэтому приняты в качестве арбитражных [25].

 

Таблица 6 –Характеристика  методов анализа нефтепродуктов в воде

Наименование метода	Диапазон определения	Достоинства метода	Недостатки метода
1	2	3	4
1.Хроматографический (разделение УВ нефти на неполярной фазе в режиме программирования температуры. Нефтепродукты экстрагируют из пробы органическим растворителем (четыреххлористый углерод или гексан), полученный экстракт очищают методом колоночной хроматографии на оксиде алюминия и очищенный экстракт анализируют.)	от 0,1 до 150 мг/л	Используется для анализа  проб, содержащих нефтепродукты на уровне ПДК	Высокая стоимость оборудования и расходных материалов, а также  высокие требования к квалификации операторов
2.Гравиметрический (основан на экстракции нефтепродуктов из пробы, очистке экстракта от полярных веществ, удалении экстрагента путем выпаривания и взвешивании остатка.)	от 0,3 до 150 мг/л	Используется при анализе  сильно загрязненных проб (сточные  воды), отсутствие сравнительных растворов	Низкая чувствительность (не определяет концентрации на уровне ПДК)

 

Продолжение таблицы 6

1	2	3	4
3.Флюориметрический (основан на экстракции нефтепродуктов гексаном, очистке при необходимости экстракта с последующим измерением интенсивности флуоресценции экстракта, возникающей в результате оптического возбуждения)	от 0,005 до 50 мг/л	Высокая чувствительность, экспрессность, малые объемы анализируемой  пробы, отсутствие значимых мешающих влияний	Для получения достоверных  результатов необходимо иметь стандартный раствор, содержащий те же люминисцирующие вещества и в тех же относительных количествах, как и в исследуемой пробе
4.ИК-спектроскопический (экстракция нефтепродуктов из пробы четыреххлористым углеродом или хладоном 113, очистке экстракта от полярных соединений методом колоночной хроматографии на оксиде алюминия и последующей регистрации поглощения излучения в области спектра 2700-3200 см-1 )	от 0,05 до 50 мг/л	Метод стандартизован для  анализа питьевых вод, достоверность оценки спектра, эксперессность.	Слабая зависимость  аналитического сигнала от типа нефтепродукта

 

К настоящему времени  создано множество методик и  приборов для определения концентрации нефтепродуктов, у каждого метода существуют свои преимущества и недостатки, поэтому необходимо разрабатывать оптимальный метод определения и идентификации продуктов переработки нефти для каждого конкретного случая. В рамках проведения наших исследований наиболее оптимальным является ИК-спектроскопический метод анализа нефтесодержащих вод

4.2 ИК-спектроскопический метод анализа нефтесодержащих вод

Инфракрасная спектрофотометрия - это наиболее универсальный и  достоверный метод определения  содержания нефтепродуктов, учитывающий  алифатические и алициклические углеводороды, содержание которых в нефти достигает 90 %. Определение содержания нефтепродуктов по этому методу основано на выделении нефтяных компонентов экстракцией четыреххлористым углеродом, хроматографическом отделении углеводородов от соединений других классов в колонке с оксидом алюминия и количественном их определении по интенсивности поглощения С-Н связей метиленовых (-СН₂-) и метильных (-СН₃-) групп в инфракрасной области спектра фотометрическим способом. Данный метод позволяет делать эффективную оценку нефтяного загрязнения, осуществлять непосредственный мониторинг загрязнений нефтяными углеводородами без потери каких-либо фракций и гарантирует достоверность, воспроизводимость и точность результатов измерений.

Для получения достоверной  информации из спектра необходимо свести к минимуму постороннее влияние растворителя и другие взаимодействия. Поэтому в качестве экстрагента выбрали четыреххлористый углерод в связи с тем, что он имеет окна прозрачности в интересующей нас области спектра. К тому же указанный неполярный растворитель из-за относительно однородного диэлектрического поля химически инертен по отношению к анализируемому веществу.

Измерение массовой концентрации нефтепродуктов проводилось на концентратомере КН-2м.

Прибор предназначен для измерения  массовой концентрации нефтепродуктов, жиров и неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ) в четырёххлористом углероде.  Концентратомер КН-2м представлен на рисунке 4.

 

Рисунок 4- Концентратомер КН-2м

 

Концентратомер нефтепродуктов является двухканальным спектрофотометром, которым измеряется разность оптических плотностей раствора нефтепродуктов в четыреххлористом углероде на двух длинах волн. Структурная схема прибора представлена на рисунке 5.

В первом (измерительном) канале используется спектральный участок  излучения (2930 ± 70) см^-1 (3,42 мкм), который соответствует области поглощения С-Н связей в СН₂ - и СН₃ - группах алифатических, алициклических углеводородов и боковых цепей ароматических углеводородов и СН-группах ароматического кольца. Во втором (опорном) канале используется спектральный участок (3,0 мкм), на котором углеводороды не поглощают ИК-излучение. Наличие опорного канала позволяет выделить ослабление светового потока, зависящее только от концентрации определяемых веществ в растворителе. Источниками света 1 и 2 для измерительного и опорного каналов являются импульсные полупроводниковые излучатели со встроенными узкополосными интерференционными фильтрами. Пространственно совмещенные световые потоки опорного и измерительного каналов проходят оптическую систему 3 с измерительной кюветой 4 и направляются на фотоприемник 5. Часть излучения обоих каналов поступает на фотоприемник 9. Электрические сигналы фотоприемников 5 и 9, пропорциональные интенсивностям излучения соответствующих каналов, поступают на аналого-цифровой преобразователь 6, а затем направляются в микропроцессор 7. Результат измерения выводится на дисплей 8. Генератор импульсов тока 10 предназначен для управления интенсивностью световых потоков.

 

 

1, 2 - источники света;   3 - оптическая система;4 - измерительная кювета; 5, 9 - фотоприемники; 6 - аналого-цифровой преобразователь;7 - микропроцессор; 8 - дисплей; 10 - генератор импульсов тока.