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

К.т.н. Байсалова А.Д.

Южно Казахстанский государственный университет им.М.Ауезова, Казахстан

Решение проблем загрязнения сточных вод активированным углем (адсорбентами), реально ли?!

В современном мире особое значение приобретают возможности комплексной утилизации местных отходов производства и получение на их основе адсорбентов, которые с успехом могут быть применены в различных отраслях народного хозяйства. Адсорбционный процесс широко используют для глубокой очистки и осушки технологических потоков, улучшения качества сырья и продуктов.

В настоящее время в качестве эффективных адсорбентов на отечественных предприятиях в основном применяются активные угли, глинопорошки, силикагели из других стран. В связи с этим актуальным является замена привозного сырья местными отходами производства с предварительным исследованием их физико-химических свойств и активизацией адсорбционных свойств в заданном направлении, связанным с получением особо активных центров на поверхности. Возможность получения модифицированных адсорбентов позволяет считать разработку технологии и аппаратурного оформления получения активированных углей на основе костных отходов острой и весьма актуальной народнохозяйственной задачей.

В ходе проведенных теоретических изучений и экспериментальных исследований нами предлагается процесс очистки, которые позволяет использовать фруктовые костные отходы пищевой промышленности в качестве адсорбирующего материала. Данный метод повысить эффективность очистки от нефти и нефтепродуктов поверхности воды за счет увеличения степени и простоты сбора нефти и нефтепродуктов (коэффициент адсорбции 2,5-3) .

В результате проведенных работ установлены закономерности адсорбции нефтепродуктов. Анализ полученных данных свидетельствует об удовлетворительной адсорбционной способности изучаемых активированных углей и подтвердили возможность повышения адсорбции нефтепродуктов почти в 2 раза.

Для выявления наиболее эффективных поглотителей нефтепродуктов нами были проведены опыты по адсорбции гексано- и хлороформоэкстрагируемых нефтепродуктов в предлагаемой конструкции адсорбера. В качестве адсорбентов испытывались полученные нами наиболее эффективные активированные угли из скорлупы косточек. Наиболее быстро адсорбция нефтепродуктов протекает на скорлупе диаметром 1×10^-4 м (рисунок 1). Максимальная адсорбция нефтепродуктов для активированной скорлупы косточек наступает за (1,2 – 2) часа, но уже при одночасовом жидкофазном контактировании адсорбента с нефтепродуктом мы наблюдаем величины адсорбции порядка (90–95)% от максимально достижимых. Наиболее быстро кинетика адсорбционного процесса протекает при извлечении из растворов хлороформоэкстрагируемых нефтепродуктов (0,5 часа), а наиболее медленно – при адсорбции гексаноэкстрагируемых нефтепродуктов (2 часа), что связано с природой функциональных групп сорбируемого нефтепродукта[1,2].

Сравнивая результаты, полученные при исследовании процесса очистки нефтесодержащих сточных вод при помощи скорлупы косточек, а также глин и коагулянтов, мы видим, что эффект очистки с активированной скорлупой косточек (95,5 % при дозе 4 кг/м³) больше, чем эффект очистки с коагулянтами и глинами (88,5– 71) %. Оптимальная скорость водного потока – 6,667×10^-3 м/с.

При адсорбции нефтепродуктов полученными активированными углями при массовой концентрации нефтепродуктов от 0,05 кг/м³ до 0,1 кг/м³ получены хорошие адсорбционные свойства скорлупы косточек обработанной хлористым цинком с коэффициентом пропитки 0,4 с последующей активацией в потоке СО₂ при температуре 773 К, которые обусловлены развитой внешней поверхностью и переходной пористостью адсорбента. При сравнении адсорбционной способности предлагаемого адсорбента и активированного промышленного угля ОУ-А видно, что предлагаемый активированный уголь адсорбирует больше нефтепродуктов, чем уголь ОУ-А (0,03 кг/кг и 0,025 кг/кг соответственно).

Анализ полученных зависимостей и экспериментальных значений кинетики адсорбции нефтепродуктов на активированной скорлупе фруктовых косточек позволил нам определить механизм диффузии в пористом адсорбенте. Установлено влияние кинетики адсорбции на степень извлечения нефтепродуктов из водного потока. Выявлена десорбция из слоя адсорбента. Определены кинетические кривые десорбции нефтепродуктов при различных температурах, изменения концентрации нефтепродуктов в конденсате паров в процессе десорбции, влияние числа адсорбционно-десорбционных циклов на активность активированной скорлупы косточек. Высокая степень десорбции достигается при 403 К. После каждой серии из 5 адсорбционно-десорбционных циклов у активированной скорлупы косточек наблюдается 5% падение активности, в дальнейшем падение происходит незначительно.

Величина адсорбции, А кг/кг

Продолжительность адсорбции, t с

Рисунок 1 – Зависимость адсорбции нефтепродуктов от продолжительности

1 – диаметр частиц адсорбента 1×10^-4 м; 2 – диаметр частиц адсорбента 5×10^-4 м; 3 – диаметр частиц адсорбента 1×10^-3 м.

Для проверки возможности распространения полученных результатов на реальные сточные воды, содержащие нефтепродукты, поставлена серия экспериментов с натуральной сточной водой, которые подтвердили результаты, полученные в лабораторных опытах с растворами нефтепродуктов[3].

Разработаны аппаратурное оформление и технологическая схема адсорбционной очистки сточных вод от нефтепродуктов и предложены практические рекомендации по рациональному выбору конструктивных и режимных параметров аппарата, которые могут быть использованы при создании нового и модернизации существующего оборудования, для глубокой очистки сточных вод. Использование в процессе очистки сточных вод активированной скорлупы косточек и разработанного адсорбера позволяет повысить эффективность очистки до 99%.

Предложена математическая модель адсорбции нефтепродуктов в слое активированных фруктовых косточек и рекомендована в качестве составной части методики расчета эффективной схемы очистки нефтесодержащих сточных вод в адсорбере. Предложено уравнение для определения коэффициента проникновения и улавливания, дифференциальное уравнение связывающее объемный поток с изменением концентрации загрязняющего улавливаемого компонента.

Литература:

1. Игнатьева В. Е., Фахретдинов Р. Н. Новые экологически чистые технологии повышения нефтеотдачи на основе отходов производства // Там же. С. 116.

2. Джигит О.М., Дубинин М.М., Киселев А.В., Щербаков К.Д. Структура активных углей и адсорбция из растворов //ДАНСССР.-1946.- т.54, №2. - С.141-143.

3. 62. Джигит О.М., Дубинин М.М., Киселев А.В., Щербаков К.Д. Структура активных углей и адсорбция из растворов. //ДАНСССР. - т. 54. – 1946. №2. - 141-143. с.