Строительство и архитектура/ 7. Водоснабжение и канализация

Д.т.н. Домрачева В.А., Трусова В.В., М.Г. Хатюхина

ФГБОУ ВПО Иркутский Государственный Технический Университет, Россия

Очистка сточных вод от нефтепродуктов буроугольным сорбентом

В настоящее время нефть и нефтепродукты являются самым распространенным видом загрязнения. Нефтепродукты попадают в окружающую среду в результате техногенных аварий, сброса неочищенных и недостаточно очищенных нефтесодержащих сточных вод, и в значительном количестве вследствие неорганизованного отвода ливневого и талого стоков с территорий, загрязненных различными нефтепродуктами и маслами.

Создание новых ресурсосберегающих технологий и систем очистки сточных вод позволит создавать замкнутые водооборотные системы, извлекать ценные компоненты. Сорбционные методы эффективны для извлечения из сточных вод как тонко эмульгированных в воде несмешивающихся с ней углеводородов, так и ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией, и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

Успех процесса сорбционной очистки во многом определяется выбором сорбента, который должен иметь пористую структуру и развитую удельную поверхность. В качестве адсорбентов в настоящее время применяют различные природные, искусственные и синтетические материалы. Эффективными являются углеродные сорбенты на основе ископаемых углей, такие как АГ-3, КАД-йодный и на основе древесины, например, БАУ и др. Углеродные сорбенты весьма дорогие материалы, использование их для очистки сточных воды от различных загрязнений без регенерации в большинстве случаев затруднительно по экономическим соображениям. Поэтому важнейшей стадией процесса сорбционной очистки сточных вод является регенерация сорбентов. Однако методы регенерации сорбентов сложны и недостаточно эффективны. Поэтому получение сорбентов из недорогого углеродсодержащего сырья, обеспечивающих снижение концентрации нефтепродуктов в воде до предельно-допустимого уровня, представляет практический интерес.

Одним из перспективных направлений использования ископаемых углей является их переработка в углеродные сорбенты различного назначения. Восточная Сибирь располагает богатейшей сырьевой базой для производства сорбентов. Получены углеродные сорбенты на основе бурых углей Иркутского угольного бассейна, которые были исследованы для извлечения тяжелых металлов из производственных растворов. Особый интерес представляет их исследование с целью извлечения нефтепродуктов из производственных сточных вод.

Получение сорбента АБЗ (активат буроугольный зернистый) проводили в Иркутском государственном техническом университете по упрощенной классической технологии, включающей карбонизацию и парогазовую активацию. Карбонизацию проводили в инертной засыпке в емкости с внешним обогревом при температуре 800⁰С, время выдержки 60 минут. Активацию проводили водяным паром (4-5 г водяного пара на 1 г карбонизата) при температуре 830-850^оС в течение 1,5 часа, степень обгара не превышала 40%

Полученный сорбент АБЗ имеет следующие физико-химические и сорбционные характеристики: насыпная плотность активного угля составляет 0,51 г/см³, суммарная пористость 0,59 см³/г, активность по йоду 55,0 %, адсорбционная активность по метиленовому голубому 12,1 мг/г. Структура АБЗ в основном представлена микро и мезопорами размером от 0,5 до 5 нм, средний радиус пор составляет 2,81 нм. Объем микропор сорбента АБЗ составляет 0,28 см³/см³, объем переходных пор - 0,06 см³/см³. [1].

Методом ИК - спектроскопии подтвержден полифункциональный характер поверхности углеродного сорбента АБЗ и наличие на ней функциональных групп: карбоксильных, гидроксильных, фенольных [2].

Методом селективной нейтрализации определено количество функциональных групп на поверхности сорбента: содержание карбоксильных групп - 32,4 ммоль/г·10²; фенольных групп - 12,05 ммоль/г·10²; общее количество кислотных центров - 44,45 ммоль/г·10² [3].

С целью изучения сорбционных характеристик сорбента АБЗ исследована адсорбция растворенных и эмульгированных нефтепродуктов (дизельное топливо и моторное масло) в статических и динамических условиях.

Сорбция нефтепродуктов сорбентом АБЗ была проведена в большом интервале концентраций. С увеличением концентрации нефтепродуктов в растворе емкость сорбента по нефтепродуктам возрастает (таблица 1).

Таблица 1

Зависимость емкости сорбента АБЗ от исходной концентрации нефтепродуктов

Исходная концентрация модельного раствора, мг/дм^3	Емкость сорбента, мг/г
Растворенные нефтепродукты (дизельное топливо)
7,0	6,0
13,2	8,8
Эмульгированные нефтепродукты (дизельное топливо)
6,1	5,3
27,0	21,3
155,0	69,7
Эмульгированные нефтепродукты (моторное масло)
5,5	3,4
12,2	11,4
73,2	60,1

* навеска сорбента 0,1 г

Анализ таблицы показывает, что сорбент АБЗ эффективен по отношению к нефтепродуктам. Эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов составляет 85-90%.

Оценка сорбционной способности сорбента по отношению к нефтепродуктам в статических условиях проводилась с помощью изотерм сорбции. Определена оптимальная область рН сорбции растворенных и эмульгированных НП - слабокислая - щелочная (рН=5,5-9,5). Построены изотермы сорбции НП, изотерма сорбции растворенных нефтепродуктов по классификации Гильса принадлежит к изотермам Лэнгмюра (L-типа), по классификации БЭТ к II типу изотерм. Изотерма сорбции эмульгированных нефтепродуктов принадлежит к изотермам I типа по классификации БЭТ, имеет форму изотермы Лэнгмюра. Вычисленные константы Лэнгмюра показывают наибольшую сорбционную активность сорбента АБЗ по отношению к растворенным нефтепродуктам, чем к эмульгированным.

Вычислены термодинамические и кинетические показатели сорбции нефтепродуктов: энергия Гиббса (-17,8–(-25,3) кДж/моль); изостерическая теплота сорбции (1,2-9,2 кДж/моль); константы скорости сорбции (0,16·10^-3–0,63·10^-3 с^-1); кажущаяся энергия активации (31,4-34,1 кДж/моль).

Исследован процесс сорбции растворенных нефтепродуктов в динамических условиях. Удельная нагрузка составила 20-25 объемов в час, линейная скорость – 1,3-1,6 м/ч. Вычислены динамическая (ДОЕ=4,3 мг/г) и полная (ПОЕ=9,8 мг/г) обменные емкости сорбента. Установлено, что динамическая обменная емкость составляет от статической емкости 30-40 %.

Проведена апробация сорбента АБЗ. Сорбент использовался для доочистки промышленно-ливневых сточных вод ОАО «Иркутсккабель» и ливневых сточных вод АЗС. Получены положительные результаты. Динамическая обменная емкость сорбента АБЗ при очистке сточных вод от НП составила 4,0 мг/г. Результаты лабораторных испытаний сорбента АБЗ показали эффективность его использования для доочистки промышленный и ливневых сточных вод от нефтепродуктов. Проведенные исследования позволяют рекомендовать сорбент АБЗ для доочистки сточных вод.

Литература:

1 – Домрачева В.А. Теоретическое обоснование и разработка технологий получения углеродных сорбентов для извлечения ценных компонентов из сточных вод и техногенных образований: дис. … док. техн. наук: 25.00.13 / Домрачева Валентина Андреевна. – Иркутск, 2006. – 284 с.

2 – Домрачева В.А. Исследование сорбции растворенных и эмульгированных нефтепродуктов в статических условиях / В.А. Домрачева, В.В. Трусова // Вестник Иркутского Государственного Технического Университета. – 2011. – №12. – С 191–194.

3 – Домрачева В.А. Извлечение металлов из сточных вод и техногенных образований: Монография / В.А. Домрачева. – Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2006. – 152 с.

4 – Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел: Пер. с англ. / Под ред. Г. Парфита, К. Рочестера. – М.: Мир, 1986. – 488 с.

5 – Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: Пер. с англ. 2-е изд. М.: Мир, 1984. 306 с.