WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

ХАСАНШИНА ЭЛЬВИРА МАРАТОВНА

ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

ОТХОДАМИ ЛЬНОПЕРЕРАБОТКИ

03.02.08 – Экология (в химии и нефтехимии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Казань – 2012

Работа выполнена на кафедре инженерной экологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО КНИТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

  Шайхиев Ильдар Гильманович

Официальные оппоненты: Зенитова Любовь Андреевеа

доктор технических наук, профессор

кафедры «Тенхнология синтетичес-

кого каучука» ФГБОУ ВПО

«Казанский национальный

исследовательский технологический

университет»

Исрафилов Ирек Хуснемарданович

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой

«Высокоэнергетическая и пищевая

инженерия» ГОУ ВПО

«Камская государственная

  инженерно-экономическая

  академия»

Ведущая организация  «Саратовский государственный

  технический университет им.

  Ю.А.Гагарина», г. Саратов

Защита состоится 23 мая 2012 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02. при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68, (зал заседаний Ученого совета, А-330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского национального исследовательского технологического университета.

Автореферат разослан «___» апреля 2012 г. 

Ученый секретарь Степанова

диссертационного совета Светлана Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность темы. С каждым годом количество поллютантов в природной среде растет быстрыми темпами, что в первую очередь связано с производственной деятельностью человека. Загрязнение окружающей среды стало международной проблемой, требующей безотлагательного решения, от которого зависит жизнь дальнейших поколений. Одной из глобальных проблем мирового масштаба является загрязнение окружающей среды нефтепродуктами (НП) и ионами тяжелых металлов (ИТМ).

Как показывает мировой опыт, в большинстве случаев наилучших результатов очистки водотоков от ИТМ и НП достигают,  используя синтетические сорбенты, которым свойственны высокие сорбционные свойства, и их можно рекуперировать. Также к материалам, обладающим сорбционными свойствами по отношению к НП и ИТМ, относятся отходы переработки сельскохозяйственного сырья, которые дешевы и имеют возобновляемую сырьевую базу.

В настоящей диссертационной работе исследована возможность использования в качестве сорбционного материала (СМ) для удаления нефти, НП и ИТМ отхода льноперерабатывающей промышленности – льняной костры (ЛК), образующейся на ОАО «АПК Казанский лен» при трепании и чёсе льна.

Таким образом, в работе комплексно решается двойная экологическая задача: отход льнопереработки переводится в ранг вторичных материальных ресурсов, что также определяет актуальность работы в экологическом плане и применяется для удаления нефти, НП и ИТМ из водных сред.

Цель работы состояла в исследовании возможности удаления нефти, НП и ИТМ из водных сред в статических и динамических условиях с использованием ЛК и увеличения сорбционных характеристик последней с помощью обработки кислотами и высокочастотной плазмой (ВЧ) пониженного давления, а также в определении путей утилизации отработанного СМ.

Задачи исследования:

  1. Определение сорбционных характеристик исходной ЛК по отношению к нефтям девонского и карбонового отложений, НП и ИТМ в статических и динамических условиях.
  2. Исследование процесса сорбции НП ЛК при различных температурах в статических и динамических условиях.
  3. Исследование влияния параметров химической и плазмохимической обработки ЛК на структуру СМ и изменение их сорбционных показателей по отношению к нефти, нефтепродуктам и ионам тяжелых металлов.
  4. Определение параметров химической и плазменной обработки, придающих ЛК гидрофильные и гидрофобные свойства.
  5. Определение путей утилизации отработанных СМ.

Научная новизна. Определены сорбционные характеристики ЛК по отношению к нефти, НП и ИТМ в статических и динамических условиях.

Показано, что обработка ЛК водными растворами кислот 0,5 % масс. концентрации в течении 45 минут способствует увеличению сорбционной емкости СМ по отношению к нефти, НП и ИТМ и гидрофобных характеристик.

Определены параметры плазменной обработки ЛК (плазмообразующий газ, давление в рабочей камере (Р), Па; расход плазмообразующего газа (Q), г/с; напряжение на аноде (Uа), кВ; сила тока на аноде (Iа), А; время обработки (t), мин.), способствующие приданию образцам гидрофобных свойств с увеличением нефтепоглощения и увеличению сорбционной емкости ЛК по отношению к ИТМ.

Наибольшая сорбционная емкость по отношению к ИТМ достигается при плазмообработке в атмосфере аргона с воздухом при следующих параметрах: по ионам Fe3+ P = 26,6 Па, Ia = 0,6 A, Ua = 2,0 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 1 мин; по ионам Ni2+ P = 26,6 Па, Ia = 0,6 A, Ua = 1,5 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 10 мин; по ионам Zn 2+ P = 26,6 Па, Ia = 0,3 A, Ua = 1,5 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 1 мин.

Установлено, что обработка ЛК ВЧ плазмой пониженного давления в режиме, придающем СМ гидрофильные свойства, приводит к увеличению площади поверхности СМ, в режиме, придающем СМ гидрофобные свойства – к сглаживанию поверхности ЛК.

Определены параметры термической утилизации использованных образцов СМ, состав и класс опасности золы от сжигания ЛК с сорбированными НП и ИТМ.

Практическая значимость работы. Предложено использование отхода льняного производства для очистки природных водных объектов и сточных вод от нефти, НП, а также от ИТМ.

Разработана экологически безопасная технология очистки СВ, содержащих нефть, НП и ИТМ, позволяющая существенно снизить себестоимость процесса очистки при сохранении его эффективности.

Проведены промышленные испытания ЛК в качестве СМ для очистки СВ, содержащих НП, образующихся на территории НГДУ «Ямашнефть» (г. Альметьевск), ООО «Центр МПТ» (г. Альметьевск). Так же проведены промышленные испытания ЛК по локализации розлива нефти на водном объекте (безымянный ручей) в зоне деятельности ЦДНГ № 2 НГДУ «Азнакаевскнефть» ОАО «Татнефть».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: региональной научно-практической конференции «Современные проблемы химии и защиты окружающей среды» (Чебоксары, 2007), III научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2008), V Всероссийской конференции «Актуальные вопросы  защиты окружающей среды и безопасность территорий регионов России» (Улан-Удэ, 2008), IV научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в печати в 3 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК и 4 тезисах докладов.

Личный вклад соискателя. Автор принимал участие в постановке цели и задач исследования, проведении научных экспериментов, их обсуждении, апробации результатов исследований и подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из 5 глав, изложенных на 150 страницах, содержит 37 рисунков и 29 таблиц, библиографического списка, включающего 103 литературных источника и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, определены цели и задачи работы, раскрыты научная новизна и практическая значимость работы, приведена общая характеристика работы.

Глава 1 посвящена аналитическому обзору и включает в себя описание источников загрязнения водной среды нефтью, НП и ИТМ и существующих сорбентов для удаления последних. Особое внимание уделено использованию в качестве СМ отходов сельского хозяйства. Приведенный обзор позволяет сформулировать основную цель и задачи диссертационной работы.

Глава 2 посвящена описанию методик проведения экспериментов и используемого в работе оборудования.

Глава 3 посвящена исследованию льняной костры в качестве СМ для удаления нефти и НП с твердой и водной поверхностей. Так же в этой главе приведены исследования сорбционной емкости ЛК при различной толщине пленки НП и влияния химической и плазменной обработки на нефтеемкость и гидрофобные характеристики СМ.

Определены значения максимальной нефте- и маслоемкости ЛК по отношению к нефти девонского отложения и маслам марок М8Г-Г2К, И-20А и АУ при +24 0С и -3 0С (табл. 1).

Таблица 1 - Значения максимальной нефте- и маслоемкости ЛК

Сорбат

Статическая масло- и нефтеемкость, г/г

Динамическая нефтеемкость, г/г

+24 0С

- 3 0С

М8Г-Г2К

8,49

8,71

24,674

И-20А

5,27

6,21

23,104

АУ

7,76

7,78

21,076

Девонская нефть

5,67

6,85

25,763





Результаты экспериментов показали, что значения нефте- и маслоемкости корреллируют со значением вязкости НП и, соответственно, имеют более высокие показатели при пониженных температурах.

Нефти при попадании на водную поверхность образуют плавающий слой. В этой связи изучалась возможность использования ЛК для удаления пленок НП с водной поверхности

Проведенными экспериментами определено, что наряду с поглощением нефти (степень удаления нефти 90 %) происходит и сорбция воды исследуемым СМ, что снижает сорбционную емкость ЛК.

В связи с вышеизложенным изучалось влияние обработки кислотами (HCl, H2SO4, HNO3 и CH3COOH) на изменение нефте- и водопоглощения образцов ЛК. Определено, что наибольшее значение нефтеемкости наблюдается для образцов ЛК, обработанных 0,5 % растворами кислот в течении 45 минут контактирования.

Значения нефте- и водопоглощения, а также степень удаления НП и изменение параметров приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Значения нефте- и водопоглощения для образцов ЛК (объем нефти – 3 мл на водной поверхности)

Сорбционный

материал

Нефте-

поглощение,

г/г

Водопогло-щение,

г/г

Степень удаления нефти, %

Изменение

водопоглощения, %

ЛК

2,63*/2,55**

1,66/2,07

97,66/97,25

-

ЛК + H2SO4

2,65/2,55

2,11/1,99

98,40/97,25

+27,1/-3,86

ЛК + HNO3

2,66/2,58

2,27/1,27

98,77/98,4

+36,8/-38,7

ЛК + HCl

2,65/2,57

1,13/1,02

98,40/98,02

-31,93/-50,7

ЛК + CH3COOH

2,62/2,57

1,54/2,09

97,29/98,02

-7,22/+0,97

Примечание: * - данные для нефти карбонового отложения,

  ** - данные для нефти девонского отложения.

Анализ полученных данных показал, что обработка ЛК растворами кислот приводит к проявлению гидрофильных свойств, особенно в экспериментах с нефтью девонского отложения. Следует отметить, что увеличение гидрофильности образцов модифицированной костры способствует снижению нефтепоглощения. Исключение составляет образец ЛК, подвергнутый обработке раствором HNO3, данный образец показал значения больше, чем у немодифицированной костры.

Очевидно, что обработка ЛК растворами кислот слабой концентрации приводит к увеличению гидрофильных свойств. Данное обстоятельство подтверждается и экспериментами с использованием дистиллированной воды. Все модифицированные образцы костры в данном случае имели значения влагопоглощения выше, чем исходная костра.

Вторым этапом исследований явились работы по доочистке фильтровально-сорбционным методом нефтезагрязненных модельных стоков. Последние содержали нефть с концентрацией 0,05 г/л. Высота загрузки СМ в сорбционных колонках составляла 5-15 см. Скорость прохождения водного потока составляла 0,28 мл/мин. Зависимость остаточной концентрации нефти в воде от времени протекания через слой СМ при высоте укладки последнего 10 см приведены на рис. 1.

Рисунок 1 - Зависимость остаточной концентрации нефти в воде от времени при высоте укладки сорбента 10 см

Анализ графиков изменения концентрации нефти в воде от времени, представленных на рис. 1, позволили сделать вывод, что наименьшая остаточная концентрация нефти достигается при использовании в качестве СМ образца ЛК, обработанной серной кислотой. Использование ЛК показало наиболее высокие значения остаточной концентрации нефти в воде.

Оптимальной в экспериментах является высота укладки СМ 10 см, так как при такой высоте загрузки наблюдается наибольшая эффективность очистки воды.

Таким образом, в качестве фильтровальных загрузок при доочистке СВ более эффективно использовать образцы ЛК, обработанные 0,5 % раствором H2SO4.

Ранее проведенными исследованиями показано, что варьируя параметрами плазменной обработки, можно изменять технические и технологические характеристики целлюлозосодержащих натуральных волокон, такие свойства как гидрофильность и гидрофобность.

В связи с вышеизложенным, следующим этапом диссертационной работы было исследование влияния параметров ВЧ плазмы пониженного давления для повышения сорбционных свойств по отношению к НП и гидрофобных характеристик образцов ЛК.

Первоначально исследовалось влияние природы плазмообразующего газа, в качестве которого использовались аргон, воздух, смесь аргона с воздухом и смесь аргона с пропаном в соотношениях 70:30. на нефте- и водопоглощение обработанной костры. Режимы, при которых проводилась обработка потоком плазмы, приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Режимы обработки образцов костры ВЧ плазмой пониженного давления

Режимы

модификации

Плазмообразующий газ - носитель

Соотно-шение

P, Па

Iа, А

Uа, кВ

t, мин

Q, г/сек

1

Аргон

26,6

0,5

7,5

1

0,06

2

Аргон-воздух

70:30

3

Аргон-пропан

70:30

4

Воздух

5

Аргон

13,3

0,5

7,5

1

0,02

6

Аргон – воздух

70:30

7

Аргон - пропан

70:30

8

Воздух

9

Аргон – воздух

70:30

26,6

0,8

7,5

30

0,06

10

Аргон- пропан

70:30

Полученная после плазменной обработки модифицированная костра использовалась для исследования удаления нефти с водной поверхности. Количество сорбата на водной поверхности составляло 3 мл, что соответствовало на момент проведения экспериментов 2,703 г для карбоновой нефти и 2,595 г для девонской нефти.

Определено, что насыщение образцов костры после обработки в потоке плазмы нефтью и водой наступает после 15 минут контактирования. Значения нефте- и водопоглощения образцов модифицированной костры по отношению к нефтям карбонового и девонского отложений приведены в табл.4, из которой видно, что обработка плазмой ЛК приводит к проявлению последней гидрофобных свойств.

Таблица 4 - Значения нефте- и водопоглощения образцов костры, обработанных плазмой

№ образца

Суммарное значение нефте- и водопоглощения, г/г

Нефте-поглощение, г/г

Водопогло-щение, г/г

Степень удаления нефти, %

Изменение водопоглощения, %

1

3,215*/2,831**

2,698/2,591

0,517/0,240

99,81/99,84

-52,6/-69,6

2

3,159/2,801

2,703/2,593

0,456/0,218

100,00/99,92

-58,2/-72,4

3

3,162/3,419

2,697/2,591

0,465/0,828

99,77/99,84

-57,3/+4,94

4

3,256/3,640

2,697/2,582

0,559/1,058

99,77/99,49

-48,7/+34,1

5

3,153/3,010

2,700/2,590

0,453/0,420

99,88/99,80

-58,4/-46,8

6

3,123/3,074

2,701/2,588

0,422/0,486

99,92/99,73

-61,3/-38,4

7

3,298/3,528

2,692/2,578

0,606/0,950

99,59/99,34

-44,4/+20,4

8

3,421/4,200

2,699/2,591

0,722/1,609

99,85/99,84

-33,8/+103,9

9

3,039/2,811

2,702/2,591

0,337/0,220

99,96/99,84

-69,1/-72,1

10

3,134/3,944

2,701/2,583

0,433/1,361

99,92/99,53

-60,3/+72,5

костра

3,789/3,376

2,699/2,587

1,090/0,789

99,85/99,69

Примечание: * - данные для нефти карбонового отложения,

** - данные для нефти девонского отложения.

Как видно из приведенных в табл. 4 данных, наилучшими гидрофобными свойствами обладают образцы костры, модифицированные в атмосфере смесей аргона с воздухом и аргона с пропаном. При использовании этих образцов наблюдалось наименьшее значение водопоглощения. В тоже время отмечено, что обработка костры в потоке воздуха (образцы № 4 и 8) способствует увеличению гидрофильности. В экспериментах с девонской нефтью водопоглощение образцов, обработанных плазмой в потоке воздуха, превышает таковой показатель для немодифицированной костры.

В результате проведенных экспериментов определены оптимальные параметры обработки костры плазмой, при которых достигается максимальное нефтепоглощение и минимальное водопоглощение:

- для девонской нефти: плазмообразующий газ –смесь аргона с пропаном в соотношении 70:30, давление в рабочей камере Р = 26,6 Па, расход плазмообразующего газа Q = 0,06 г/с, напряжение на аноде Uа = 2 кВ, сила тока на аноде Iа = 0,6 А, время обработки t = 1 мин.

- для карбоновой нефти: плазмообразующий газ – смесь аргона с воздухом в соотношении 70:30, давление в рабочей камере Р = 26,6 Па, расход плазмообразующего газа Q = 0,06 г/с, напряжение на аноде Ua = 1,5 кВ, сила тока на аноде Iа = 0,6 А, время обработки t = 10 мин.

Таблица 5 - Режимы обработки образцов костры плазмой в атмосфере аргона с воздухом и смеси аргона с пропаном (70:30)

№ режима модификации

Изменяемые параметры

P, Па

Iа, А

Uа, кВт

t, мин

Q, г/сек

11

26,6

0,6

1,5

1

0,06

12

2,0

13

2,5

14

3,0

15

0,3

1,5

16

0,4

17

0,5

18

0,8

19

0,6

5

20

10

21

20

22

30

Проведенные ИК-спектрометрические и микроскопические исследования структуры и поверхности льняной костры до и после химической и плазменной обработки показали, что обработка костры кислотами не приводит к трансформации биополимеров в составе костры, а способствует лишь изменению структуры поверхности СМ (рис. 2).

  а)  б)

-Рисунок 2 - Микрофотографии поверхности выступающих фрагментов

по высоте: а) исходной костры,

б) образца костры после обработки раствором H2SO4

(увеличение 25000 раз)

Глава 4 посвящена исследованию ЛК в качестве СМ для удаления ИТМ из водных объектов.

Проведенный мониторинг и анализ существующего положения показали, что в сброшенных предприятиями водах Республики Татарстан в поверхностные водоисточники по количеству ИТМ превалируют по массе ионы Fe3+, Ni2+, Zn2+.

Чаще всего СВ гальванических производств имеют кислую или нейтральную среду, следовательно, в дальнейшем проводились экспериментальные исследования по определению сорбционной емкости ЛК при различных значениях рН среды в статических и динамических условиях (табл. 6); начальная концентрация ИТМ в растворе составила 100 мг/л.

Таблица 6 - Сорбционная емкость костры по отношению к ИТМ в статических и динамических условиях

ИТМ

Сорбционная емкость мг/г

в статических условиях

в динамических условиях

В нейтральной среде

В кислой среде

В нейтральной среде

В кислой среде

Fe3+

50,0

45,1

40,9

18,3

Ni2+

55,2

29,07

38,1

26,9

Zn2+

45,1

52,1

13,4

7,4

С целью повышения сорбционной емкости костры по отношению к ИТМ в данной работе образцы ЛК обрабатывались растворами серной, азотной и уксусной кислот.

Далее определялись сорбционные характеристики образцов ЛК в зависимости от концентрации кислот (0,5, 1 и 3 %) в растворе, с которым контактирует СМ. Начальная концентрация ИТМ в растворе составила 300 мг/л, время выдержки костры в растворах кислот - 60 мин (рис. 3).

Результаты проведенного этапа работы показали, что наибольшая степень удаления ионов Fe(III) наблюдается при обработке исследуемой ЛК 0,5 % раствором  CH3COOH , ионов Zn(II) - 1,0 % раствором H2SO4, ионов Ni(II) – 0,5 % раствором HNO3.

Рисунок 3 - Зависимость сорбционной емкости костры и ее модифицированных образцов по отношению к ИТМ от концентрации серной кислоты в растворе

Следующим этапом настоящей работы явилось исследование влияния ВЧ плазмы пониженного давления на сорбционные свойства ЛК по отношению к ионам Ni2+, Fe3+ и Zn2+ при различных параметрах ее обработки. Параметры плазменной обработки: давление в рабочей камере (Р) - от 13,3 до 26,6 Па, природу и расход плазмообразующего газа (Q) - от 0,02 до 0,06 г/с, силу тока на аноде (Iа) - от 0,3 до 0,9 А, анодное напряжение (Uа) - от 1,5 до 7,5 кВ, время обработки (Т) - от 1 до 30 мин.

Первоначально исследовалась зависимость поглотительной способности костры от природы плазмообразующего газа: воздух, аргон, смеси аргона с воздухом и аргона с пропаном в соотношениях 70:30. Гистограммы зависимости количества ИТМ, сорбированных кострой и ее модифицированными образцами от вида плазмообразующего газа, приведены на рис. 4.

Как видно из гистограмм, приведенных на рис. 4, при давлении в рабочей камере плазмотрона Р = 26,6 Па обработка костры плазмой в среде аргона с воздухом приводит к наибольшему значению сорбционной емкости по отношению к ионам Ni(II) и Zn(II). Для ионов Fe(III) наилучшие сорбционные характеристики ЛК наблюдаются для образцов, обработанных в атмосфере аргона с пропаном.

Рисунок 4 - Зависимость количества ИТМ, поглощенных кострой и ее модифицированными образцами от природы плазмообразующего газа

Далее в диссертационной работе изучалось влияние анодного напряжения, силы тока на аноде и времени обработки в плазмотроне на поглотительную способность волокна костры по отношению к ИТМ. Гистограммы, характеризующие количества ИТМ, поглощенных кострой и ее модифицированными образцами в зависимости от значений Ua в атмосфере аргона с воздухом приведены на рис. 5.

Найдено, что увеличение значений Ua приводит к проявлению экстремальных зависимостей. Так, например, максимальная сорбционная емкость по отношению к ионам Fe(III) образцов ЛК наблюдается при обработке последних при Ua = 2,0 кВ, к ионам Ni(II) – при Ua = 2,0 кВ и 3 кВ, к ионам Zn(II) с увеличением анодного напряжения поглотительная способность практически не изменяется.

Определено, что изменение силы тока даже в узком интервале значений резко влияет на поглотительную способность образцов костры. Наблюдается максимальное увеличение значения сорбционной емкости ионов Ni(II) при Iа = 0,4 A (повышение в 2,5 раза), Fe(III) возрастание на 50 %, Zn(II) – 83 %.

Рисунок 5 - Зависимость количества ИТМ, поглощенного кострой и ее модифицированными образцами от анодного напряжения

Плазмообработка костры в среде аргона с воздухом по отношению к ионам Fe(III), Zn(II) и Ni(II) способствует увеличению сорбционной емкости при времени обработки Т = 10 минут, дальнейшее пребывание образцов костры в рабочей камере плазмотрона приводит к снижению искомого параметра. Отмечено, что по отношению к ионам Ni2+ происходит увеличение сорбционной емкости при времени обработки Т = 10 минут в 3 раза, по ионам Fe3+ - на 71 %, Zn 2+ – на 50 %.

Проведенные токсикологические исследования на базе стандартных тест-объектов Ceriodaphnia affinis и Scenedesmus quadricauda показали, что модельные стоки, содержащие ионы, Fe(III), Ni(II) и Zn(II) в концентрации 100 мг/л имели значение Кр(50) = 18,2; 72,5 и 154 соответственно, после обработки ЛК дозировкой 10 г/л Кр(50) = 1,23 для модельного раствора, содержащего ионы Zn(II), для остальных Кр(50) – нетоксично.

Анализ ИК-спектров показал, что плазменная обработка не отражается на химическом составе биополимеров, входящих в состав ЛК, но изменяется ее реакционная способность, что выражается в изменении интенсивности полос поглощения.

Методом электронной микроскопии показано, что обработка плазмой ЛК приводит к увеличению площади поверхности исследуемого СМ.

Глава 5 посвящена промышленным испытаниям ЛК для удаления поллютантов из СВ.

В лаборатории кафедры инженерной экологии КГТУ исследовано, а в ООО «Центр МПТ» опробовано использование в качестве СМ плазменнообработанного отхода льнопереработки для очистки СВ ливневой канализации от НП и ИТМ. Наблюдалось уменьшение концентрации НП в 18,4 раза, ионов железа в 4 раза.

Аналогичные промышленные испытания проводились на территории НГДУ «Ямашнефть». СВ с установки по переработке нефтесодержащего сырья, содержащие НП в концентрации 0,93 мг/дм3 подавались на очистные сооружения, где в качестве СМ использовалась ЛК. Наблюдалось уменьшение концентрации НП в 44,3 раза. Концентрация взвешенных частиц до фильтра составляла 34,9 мг/дм3, после фильтра менее 2 мг/дм3.

Так же проведены промышленные испытания на водном объекте (безымянный ручей) в зоне деятельности ЦДНГ № 2 НГДУ «Азнакаевскнефть». Для имитации нефтяного загрязнения на поверхность ручья выливалась нефть. Ниже по течению ручей был перегорожен подушкой из марлевой оболочки размером 1,5 х 1,5 х 0,05 м, в которой в качестве сорбционной загрузки использовалась ЛК массой 4 кг. Верхняя часть испытуемого образца на 0,15 м выступала над поверхностью воды, при этом не допускалось перелива ручья через верхний край заграждения. Отбор проб на содержание НП проводился выше 1 м и ниже 1 м установки в зоне заграждения. Концентрация нефти до прохождения водного потока через исследуемый СМ составила 0,6 мг/л, после прохождения заграждения – 0,017 мг/л уменьшение концентрации составило более чем в 35 раз.

Результаты промышленных испытаний показали, что предложенные СМ, обработанные ВЧ плазмой, способствуют снижению содержания НП и взвешенных частиц до значений, не превышающих предельно-допустимые нормы. На основании проведённой работы можно рекомендовать для доочистки СВ от НП и взвешенных веществ использование плазменно обработанного отхода льнопереработки (льняной костры)

С целью утилизации СМ, оставшегося после очистки поверхности воды от нефти и ИТМ, предложен термический метод сжигания в печах с пульсирующим горением. Проведенными расчетами найдено, что показатель степени опасности золы от сжигания для окружающей природной среды составил 650,4 и, соответственно, последняя относится к третьему классу опасности и может быть захоронена на полигоне твердых промышленных отходов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Определены значения максимальной нефте- и маслоемкости ЛК по отношению к нефти девонского отложения и маслам при нормальной и пониженных температурах в статических и динамических условиях:

2. Найдены значения сорбционной емкости образцов ЛК по отношению к ионам Fe(III), Zn (II) и Ni(II) в статических и динамических условиях в кислой и нейтральной средах:

3. На основании проведенных экспериментов по сорбции НП с водной поверхности отходами льноперерабатывающего производства показана возможность увеличения гидрофобных свойств волокон костры путем обработки водными растворами кислот масс. концентрацией 0,5 % в течении 45 минут.

4. Определены оптимальные параметры плазменной обработки ЛК, при которых достигается максимальное нефтепоглощение и минимальное водопоглощение:

- при использовании девонской нефти: плазмообразующий газ –смесь аргона с пропаном в соотношении 70:30, давление в рабочей камере Р = 26,6 Па, расход плазмообразующего газа Q = 0,06 г/с, напряжение на аноде Uа = 2 кВ, сила тока на аноде Iа= 0,6 А, время обработки t = 1 мин;

- при использовании карбоновой нефти: плазмообразующий газ – смесь аргона с воздухом в соотношении 70:30, давление в рабочей камере Р = 26,6 Па, расход плазмообразующего газа Q = 0,06 г/с, напряжение на аноде Ua = 1,5 кВ, сила тока на аноде Iа= 0,6 А, время обработки t = 10 мин.

5. Определены оптимальные параметры плазменной обработки ЛК, при которых достигается максимальное значение сорбционной емкости по отношению к ионам тяжелых металлов: плазмообразующий газ - смесь аргона с воздухом, при следующих параметрах: по ионам Fe3+ P = 26,6 Па, Ia = 0,6 A, Ua = 2,0 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 1 мин; по ионам Ni2+ P = 26,6 Па, Ia = 0,6 A, Ua = 1,5 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 10 мин; по ионам Zn 2+ P = 26,6 Па, Ia = 0,3 A, Ua = 1,5 кВ, Q = 0,06 г/сек, t = 1 мин.

6. Проведены промышленные испытания по удалению нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов льняной кострой, обработанной ВЧ плазмой, из СВ ливневой канализации на ООО «Центр МПТ» и НГДУ «Ямашнефть». Рассчитанный экономический эффект от предотвращенного экологического ущерба для ООО «Центр МПТ» составил 26,8 тыс. руб./год, для НГДУ «Ямашнефть» - более 13 тыс. руб/год. Проведены промышленные испытания на водном объекте (безымянный ручей) в зоне деятельности ЦДНГ № 2 НГДУ «Азнакаевскнефть». Рассчитанный предотвращенный экологический ущерб составил 13,4 тыс. руб/год.

7. Предложены и опробованы пути утилизации отработанных СМ, насыщенных нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов, путем сжигания в печах с пульсирующим горением. Определен класс опасности золы от сжигания отработанных образцов костры.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ:

в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК:

  1. Шайхиев И. Г. Отходы переработки льна в качестве сорбентов нефтепродуктов. 2. Влияние химической обработки на гидрофобность и нефтепоглощение / И. Г. Шайхиев, С.В. Степанова, Э.М. Хасаншина, С.В. Фридланд // Вестник Башкирского университета. - 2010. - т. 15. - № 3. - С. 607-609.
  1. Шайхиев, И. Г. Отходы переработки льна в качестве сорбентов нефтепродуктов. 3. Влияние высокочастотной низкотемпературной плазмы на нефтепоглощение и гидрофобность / И. Г. Шайхиев, С.В. Степанова, Э.М. Хасаншина, И.Ш. Абдуллин // Вестник Башкирского университета. - 2010. - № 4. - С. 610-614.
  2. Шайхиев И.Г., Влияние плазменной обработки льняной костры на удаления розливов девонской нефти с водной поверхности и гидрофобные характеристики / И.Г.Шайхиев, Э.М.Хасаншина, И.Ш.Абдуллин, С.В Степанова // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 8. - С. 165-172.

в прочие публикации по теме диссертационного исследования

  1. Шайхиев И. Г. Исследование возможности использования льняной костры для удаления ионов железа (III) из водных растворов. / И. Г. Шайхиев, Э.М. Хасаншина //Тезисы доклада региональной научно-практической конференции «Современные проблемы химии и защиты окружающей среды», Чебоксары, 2007. - С. 133.
  2. Шайхиев И. Г. Очистка водных сред от ионов тяжелых металлов отходами льноперерабатывающей промышленности. / И. Г. Шайхиев, Э.М. Хасаншина // Материалы III научной конференции «Промышленная экология и безопасность», Казань, 2008 .- С. 151-152.
  3. Шайхиев И. Г. Изучение отходов  льнопереработки в качестве реагента для удаления ионов тяжелых металлов. / И. Г. Шайхиев, Э.М. Хасаншина // Материалы V Всероссийской конференции «Актуальные вопросы  защиты окружающей среды и безопасность территорий регионов России», Улан-Удэ, 2008.- С. 69.
  4. Шайхиев И. Г. Использование отходов переработки шерсти, льна и их модификатов для удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод. / И. Г. Шайхиев, Г.Р. Нагимуллина, С.В. Фридланд, Э.М. Хасаншина //Тезисы доклада IV научной конференции «Промышленная экология и безопасность», Казань, 2009. - С.83-85.

Заказ _____________  _______тираж_________экз.

Издательство Казанского национального исследовательского технологического университета

Офсетная лаборатория Казанского национального исследовательского технологического университета.420015, г.Казань, ул.К.Маркса, д.68






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.