Экология/2.Экологические и метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон.

 

Д.т.н. Домрачева В.А., Трусова В.В.

ГОУ ВПО НИ Иркутский Государственный Технический Университет Россия

Исследование сорбции нефтепродуктов сорбентом на основе бурого угля в статических условиях

 

Научно-технический прогресс привел к активному развитию всех отраслей промышленности, вместе с тем оказал негативное воздействие на окружающую среду. Экологические проблемы больших городов и промышленных зон связаны с загрязнением биосферы в целом. Загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу и литосферу, впоследствии попадают в гидросферу, поэтому проблема загрязнения водоемов стоит очень остро.

Нефтепродукты - различные углеводородные фракции, получаемые из нефти -  относятся к наиболее опасным органическим загрязнениям водоемов. Основные товарные виды жидких нефтепродуктов: бензин (С4-С16, температура кипения tкип 40-200 °С), керосин (С12-С16, tкип 200-300 °С), дизельное топливо (С16-С20, tкип 300-400 °С), котельное топливо, масла разнообразного назначения, мазут. Обладая малой растворимостью в воде, они разлагаются естественным образом крайне медленно. Имея низкую плотность, нефтепродукты (даже при малой их концентрации) образуют на водной поверхности пленку, препятствующую растворению в воде атмосферного кислорода. Кроме того, нефтепродукты оказывают и непосредственное токсическое воздействие на водные организмы: закупоривают клеточные мембраны, через которые осуществляются все процессы метаболизма. Предельно допустимая концентрация (ПДК) нефтепродуктов в воде составляет от 0,05 мг/л до 0,36 мг/л в зависимости от цели водопользования и 0,6 мг/л для вод, предназначенных к сбросу в коллектор [1].

Наиболее эффективным и экологически приемлемым методом очистки сточных вод от нефтепродуктов является сорбционный метод очистки (98-99,5%), позволяющий достичь остаточного содержания углеводородов до 0,05 мг/л. В качестве сорбентов применяют различные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины, сорбенты на основе карбонизированной рисовой лузги и др.

Анализ литературных источников показал, что бурые угли могут успешно использоваться для очистки сточных вод от нефтепродуктов [2,3,4]. Термическая обработка углей без доступа воздуха с последующей активацией повышает их сорбционную активность. Использование бурых углей Иркутского бассейна делает возможным получение сорбентов с оптимальным сочетанием цены и качества. Объектом наших исследований является бурый уголь Азейского разреза Тулунского месторождения Иркутского бассейна и активный уголь на его основе. Согласно генетической классификации угли Азейского месторождения являются бурыми гумусовыми, применяются в основном в энергетических целях.

Получение углеродных сорбентов проводили по упрощенной технологии, включающей карбонизацию и активацию. Оптимальные условия: карбонизации -  температура 8000С, время выдержки 60 минут; активации водяным паром -  температура 830-850оС, время 90 минут (степень обгара не превышала 40%).

Определение основных физико-химических и сорбционных свойств полученных сорбентов выполняли по известным методикам [5,6,7,8]. В ходе исследований для сорбентов были определены: насыпная плотность - 0,66 г/см3, суммарная пористость по водопоглощению- 0,52 см3/г, активность по йоду – 43,66%, адсорбционная активность по метиленовому голубому - 11,65 мг/г.

Методами электромикроскопии и ИК – спектроскопии была проведена качественная оценка поверхности сорбента. Полученные результаты подтверждают наличие пористой структуры и функциональных групп, прежде всего карбоксильных, гидроксильных и др. на поверхности исследуемых углеродных сорбентов.

Полученные сорбенты были исследованы для сорбции нефтепродуктов (дизельного топлива) в статических условиях из модельных растворов. Водные растворы нефтепродуктов получали перемешиванием дизельного топлива с дистиллированной водой, последующим отстаиванием, разделением водной и органической фаз. Исходную и текущую концентрацию нефтепродуктов определяли флуориметрически с использованием стандартной методики на анализаторе жидкости «Флуорат-02».

Сорбционная активность углеродных сорбентов зависит от различных факторов, таких как кислотность среды, время контакта активного угля с раствором и др. Исследования влияния кислотности среды проводили в интервале рН от 4 до 10. Экспериментальными исследованиями установлено, что максимальная сорбционная емкость полученного сорбента по нефтепродуктам наблюдается в области значений рН=7,0-7,5. Оптимальное время сорбции составляет 240 минут. При оптимальных значениях рН и времени сорбции методом неизменной концентрации и переменных навесок была получена изотерма сорбции нефтепродуктов на углеродном сорбенте. Для построения изотермы сорбции сорбент массой от 0,025 до 1,0 г встряхивали с раствором адсорбтива в течение 240 минут, рН среды поддерживали добавлением буферных растворов. Статическую обменную емкость А, мг/г определяли по формуле:

                                                  (1)

где:  Сисх, С – исходная и равновесная концентрации нефтепродуктов в растворе, мг/л; V – объем раствора, л; m – навеска сорбента, г;

На рисунке приведена изотерма сорбции нефтепродуктов на углеродном сорбенте. Максимальная статическая сорбционная емкость составляет 13,8 мг/г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. Изотерма сорбции нефтепродуктов на углеродном сорбенте, концентрация модельной сточной воды 7,01  мг/л

 

Изотерма сорбции нефтепродуктов может быть отнесена к L-типу изотермы Ленгмюра, соответствует I и III типам классификации БЭТ [2], что свидетельствует о полимолекулярной сорбции нефтепродуктов углеродным сорбентом на основе бурого угля.

Проведенные исследования процесса сорбции нефтепродуктов углеродным сорбентом в статических условиях позволяют сделать вывод о возможности использования сорбентов на основе бурого угля для очистки стоков от нефтепродуктов.

Литература

1 – Пашаян А.А., Нестеров А.В. Проблемы очистки загрязненных нефтью вод и пути их решения / А.А. Пашаян, А.В. Нестеров // Экология и промышленность России. 2008. №5, с. 32-35.

2  - Углеродные сорбенты из ископаемых углей: состояние проблемы и перспективы развития / Передерий М.А. // Химия твердого топлива. 2005, № 1, с. 76-90.

3 – Адсорбенты из углеродсодержащего сырья Красноярского края  / Щипко М. Л., Еремина А. О., Головина В. В. // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2008, № 2, с. 166-180.

4 – Буроугольные сорбенты многоцелевого действия: свойства и применении / Зубкова Ю.Н., Пономарева И.Б., Подмарков В.И., Плевако М.З. // Вісник Донецького Національного Університету, Сер. А: Природничі науки. 2009, № 2, с. 396-399.

5 - Смирнов, А.Д. Сорбционная очистка воды / А.Д. Смирнов. – Л.: Химия, 1982. – 169 с.

6 - ГОСТ 17219-71. Угли активные. Метод определения суммарного объема пор по воде.  – М.: Издательство стандартов, 1987 – 5 с.

7 - ГОСТ 6217-74. Уголь активный древесный дробленый. Технические условия. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2003 – 8с.

8 - ГОСТ 4453-74. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный. Технические условия. – М.: Издательство стандартов, 1993 – 23 с.