Сорбент для очистки сточных вод от нефтепродуктов



Сорбент для очистки сточных вод от нефтепродуктов

 


Владельцы патента RU 2579400:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) (RU)

Изобретение относится к области сорбционной очистки сточных вод от нефтепродуктов. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве сорбента используют золу древесную, образующуюся при сжигании отходов переработки измельченной древесины определённого химического состава. Техническим результатом является возможность эффективной очистки сточных вод от нефтепродуктов при использовании отхода переработки измельченной древесины, возможность утилизации отработанного материала без загрязнения природной среды. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области сорбционной очистки сточных вод от нефтепродуктов и может быть использовано при охране окружающей природной среды, в частности при очистке производственных сточных вод, отводимых в водные объекты, в системы коммунальной канализации или используемых в системах оборотного водоснабжения на предприятиях нефтехимической, химической, машиностроительной и других отраслей промышленности.

Нефть и нефтепродукты в сточных водах обычно находятся в нерастворенном, эмульгированном и растворенном состояниях. После удаления основной части нерастворенных и эмульгированных в воде нефтепродуктов механическими или физико-химическими методами для доочистки от остаточных эмульгированных и растворенных в воде нефтепродуктов наиболее эффективным является сорбционный метод. В качестве сорбентов для очистки сточных вод от нефтепродуктов применяют различные органические, неорганические, органоминеральные вещества природного и искусственного происхождения [Артемов А.В., Пинкин А.В. Сорбционные технологии очистки воды от нефтяных загрязнений // Вода: химия и экология, 2008. - №1. - С. 19-25]. К ним относятся активированные угли, керамзит, антрацит, диатомит, синтетические смолы, химические волокна и др. Наибольшей сорбционной емкостью обладают активированные угли [Сивков А.Л., Панфилова И.Л., Гоголашвили Э.Л. Методы очистки сточных вод электростанций от нефтепродуктов // Водоочистка, 2006. - №11. - С. 17-21]. Недостатком использования активированных углей является их высокая стоимость и необходимость последующей регенерации.

Кроме традиционных материалов, таких как активированные угли, керамзит, антрацит и др., известно применение в качестве сорбентов нефтепродуктов апатита [Патент РФ 2010008, МПК C02F 1/28, 1994], горелой породы [Патент РФ 2102319, МПК B01J 20/20, 1998], гидрофобного вспученного перлита [Патент РФ 2102319, МПК B01J 20/20, 1998], сапропеля [Патент РФ 2414430, МПК C02F 1/28, B01J 20/16, B01J 20/20, 2011] и др.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных сорбентов, относятся ограниченный характер источника сырья и объекта использования, необходимость осуществлять транспортировку материала к месту очистки и его складирование, потребность в применении регенерации и утилизации отработанного материала, при этом значительно возрастает стоимость сорбента, что приводит к удорожанию способа очистки сточных вод от нефтепродуктов.

Известны сорбционные материалы на основе целлюлозосодержащего растительного сырья. Известно применение в качестве сорбента нефтепродуктов торфа как природного органического сорбента и материалов на его основе (гранулированный торф и т.п.) [Патент РФ 2102319, МПК B01J 20/20, 1998; Патент РФ 2270718, МПК B01J 20/30, 2006; Патент РФ 2465958, МПК B01J 20/20, 2012], модифицированных и немодифицированных древесных опилок [Авторское свидетельство СССР №1527176, кл. C02F 1/28, 1987; Патент РФ 2199383 МПК B01J 20/02, C02F 1/28, Е02В 15/00, 2001; Фогель А.А., Радченко Н.П., Сомин В.А., Комарова Л.Ф. Создание сорбентов на основе древесных отходов для очистки воды от нефтепродуктов // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность: Труды XIII международной научно-практической конференции. - Кемерово: КемТИПП, СибГИУ, НГАСУ, ООО КВК «Экспо-Сибирь», 2011. - С. 89-90], что позволяет заменить относительно дорогостоящие за счет ограниченной доступности природные и синтетические материалы на доступные из местного природного и техногенного целлюлозосодержащего растительного сырья.

Недостатком способа очистки данными сорбентами является вторичное загрязнение воды органическими веществами лигноуглеводного комплекса торфяных и древесных гидролизатов, гуминовых кислот и др., вымываемыми из торфа и древесных опилок (измельченной древесины). Также недостатком является малая доступность для реализации в производственных условиях.

Известна также сорбционно-фильтровальная загрузка [Патент РФ 2251449, МПК B01J 20/24, 2003], состоящая из измельченной древесины, получаемой из пневой древесины, извлеченной из торфяной залежи. Пневую древесину измельчают, после чего ее разделяют на фракции и для полного удаления из нее природно-сорбированных ионов и легкогидролизуемых соединений обрабатывают раствором минеральной кислоты с последующей укладкой обработанной измельченной древесины в фильтровальную установку, при этом по направлению движения потока фильтрации размер древесных фракций увеличивается. В качестве минеральной кислоты используют соляную кислоту концентрацией 0,01-4 н. раствора. Обработку измельченной древесины осуществляют путем замачивания в растворе минеральной кислоты в течение 10-12 часов. После обработки и отделения от раствора кислоты материал подвергают сушке в вакууме при температуре 20°C. Полученный материал загрузки укладывают в определенной последовательности в зависимости от размеров фракций: вначале частицы размером от 1 до 5 мм; а затем - размером от 5 до 10 мм.

Использование описанной сорбционно-фильтровальной загрузки обеспечивает эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов 93,4% при их исходной концентрации 3,2 мг/дм3.

Обеспечению эффективной и малозатратной очистки сточных вод от нефтепродуктов при применении данной сорбционно-фильтровальной загрузки препятствует использование в качестве ее компонента материала относительно ограниченной доступности, а также сложность приготовления загрузки из-за необходимости ее обработки химическим реагентом и распределения древесных фракций по высоте в ограниченном диапазоне размера частиц. Кроме этого, недостатком указанной загрузки является необходимость применения ее сушки, что сопряжено с удорожанием и ограниченной доступностью для реализации в производственных условиях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому сорбенту является сорбент из золы, полученной при сжигании шлам-лигнина (отхода целлюлозно-бумажного производства), содержащей, вес.%: С - 14-16, Al2O3 - 68-72, Fe2O3 - 4-6, CaO - 2,5-3,5, SiO2 - 6,8-7,2 [Патент РФ 2136599, МПК C02F 1/28, B01J 20/20, 1998]. Данный сорбент применяется для повышения степени очистки сточных вод сложного химического состава, содержащих, кроме нефтепродуктов, также ионы Са2+, Hg2+, Fe2+, и позволяет удешевить процесс сорбции. По степени извлечения нефтепродуктов из сточных вод сорбент обеспечивает остаточные концентрации 0,02 мг/дм3, что ниже норм ПДК.

Однако недостатками применения указанного сорбента является потребность в дополнительных энергетических и временных затратах на обезвоживание шлам-лигнина перед его сжиганием и ограниченная доступность шлам-лигнина, имеющегося в основном только на целлюлозно-бумажных комбинатах.

Технической задачей, решаемой при использовании предлагаемого сорбента, является упрощение и удешевление процесса очистки сточных вод от нефтепродуктов со снижением остаточных концентраций до нормативных значений при сохранении остальных показателей эффективности очистки на исходном уровне.

Технический результат достигается тем, что в качестве сорбента предлагается использовать дешевый и доступный для реализации в производственных условиях материал на основе отхода переработки измельченной древесины, позволяющий использовать его для однократного применения, исключить необходимость промывки и регенерации, расширить ассортимент существующих сорбентов, расширить область целевого использования отхода, утилизировать отработанный сорбционный материал ресурсосберегающим и не загрязняющим природную среду способом.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве материала сорбента предлагается использовать золу древесную, образующуюся при сжигании отходов переработки измельченной древесины.

Зола древесная, используемая в качестве сорбента, содержит, мас.%: 9,5-10 SiO2; 2,2-2,6 Al2O3; 38-40 СаО; 12-13 MgO; 3,5-4 Fe2O3; 0,4-0,45 TiO2; 2,5-2,6 K2O; 0,43-0,46 Na2O; 7-8 SO3; 0,35-0,45 ; 17-18 потери при прокаливании.

Зола древесная является распространенным многотоннажным отходом. В основной своей массе она представлена кремнеземсодержащими составляющими с повышенным содержанием соединений кальция и магния по сравнению с составом природных кремнеземов, что позволяет наиболее эффективно использовать сорбционные свойства предлагаемого сорбента, реализуемые для извлечения из сточных вод нефтепродуктов. Процесс сорбции кремнеземом обусловлен действием межмолекулярных Ван-дер-ваальсовых сил. Происходит физическая адсорбция молекул углеводородов поверхностью кремнезема. Увеличение значения нефтеемкости сорбента при содержании в составе золы оксидов кальция и магния происходит вследствие их взаимодействия с водой с образованием объемного вяжущего вещества высокой сорбционной емкости для больших молекул углеводородов.

Достигаемое качество очищенной воды при использовании предлагаемого сорбента характеризуется содержанием нефтепродуктов в пределах от следов до концентраций, не превышающих установленные нормативы к составу очищенных сточных вод, используемых в системах оборотного водоснабжения (не более 0,03 мг/дм3) или отводимых в водные объекты (ПДКр.х нефтепродуктов 0,05 мг/дм3). Эффективность очистки производственных сточных вод с исходной концентрацией нефтепродуктов 2,310 мг/дм3 составляет от 97,8% до 99,1%.

Предлагаемый сорбент, состоящий из отхода производства, в большинстве случаев доступного для предприятий, имеет большую продолжительность фильтроцикла в условиях низких концентраций адсорбтива.

Утилизация отработанного сорбционного материала возможна путем его использования в качестве сырьевого компонента при производстве строительных материалов. Эксперименты показали, что отработанный сорбционный материал, обогащенный нефтепродуктами, может найти применение в качестве сырьевой добавки при производстве керамических материалов строительного назначения.

Преимуществом предлагаемого сорбента является доступность и низкая стоимость, что позволяет использовать его для однократного применения и исключить промывку и регенерацию, упростив тем самым эксплуатацию очистных сооружений. Отработанный материал при использовании предлагаемого сорбента может быть утилизирован ресурсосберегающим и не загрязняющим природную среду способом.

Эффективность предлагаемого сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов иллюстрируется следующим примером.

Пример.

Очистке подвергали производственные сточные воды после их предварительной механической очистки, которые изначально содержали различные примеси, в частности нефтепродукты, в количестве 2,310 мг/дм3. Очистку сточных вод осуществляли фильтрованием через слой неподвижного сорбента - золы древесной, образующейся при сжигании отходов переработки измельченной древесины. В эксперименте использовали золу древесную химического состава, мас. %: 9,93±0,0025 SiO2; 2,31±0,005 Al2O3; 38,68±0,005 CaO; 12,85±0,005 MgO; 3,75±0,005 Fe2O3; 0,44±0,0005 TiO2; 2,58±0,005 K2O;. 0,45±0,005 Na2O; 7,44±0,005 SO3; 0,4±0,0005 ; 17,11±0,005 потери при прокаливании.

Очистку осуществляли при комнатной температуре и атмосферном давлении в стеклянной фильтровальной колонке диаметром 16 мм. Общий объем колонки составлял 250 см3. Сточную воду пропускали через предлагаемый сорбент со скоростью фильтрования 1 м/ч. Концентрацию нефтепродуктов в поступающем на фильтр стоке Сo и в фильтрате Сф определяли флуориметрическим методом анализа на анализаторе жидкости «Флюорат-02», согласно известной методике [Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природной, питьевой и сточной воды флуориметрическим методом на анализаторе жидкости “Флюорат-02” (взамен ПНД Ф 14.1:2:4.35-95). ПНД Ф 14.1:2:4.128-98 (2007) / М.: Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 1998. - 11 с.], средняя погрешность измерений не превышала ±0,05%.

В результате была получена остаточная концентрация нефтепродуктов в фильтрате в пределах от 0,05 мг/дм3 до 0,02 мг/дм3. Следовательно, эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов составила от 97,8% до 99,1%.

Результаты очистки сточных вод, осуществляемых согласно примеру, в сравнении с сорбентами-аналогами приведены в таблице.

Согласно представленным в таблице результатам, при использовании в качестве сорбента золы древесной, получаемой при сжигании отходов переработки измельченной древесины, остаточное содержание нефтепродуктов в фильтрате снижается до концентраций, не превышающих установленные нормативы к составу очищенных сточных вод, используемых в системах оборотного водоснабжения (не более 0,03 мг/дм3) или отводимых в водные объекты (ПДКр.х нефтепродуктов 0,05 мг/дм3). Предлагаемый сорбент обеспечивает аналогичную эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов по сравнению с прототипом.

Применение золы древесной, являющейся отходом производства, в качестве сорбента позволяет проводить эффективную очистку сточных вод от нефтепродуктов, обеспечить снижение себестоимости процесса очистки за счет доступности и низкой стоимости изготовления сорбента, использовать ресурсный потенциал отхода, сократить объемы его складирования. Практически неограниченные запасы этого материала, его дешевизна, повсеместное распространение, высокие сорбционные свойства делают экономически целесообразным использование такого техногенного сорбента для очистки сточных вод по сравнению с промышленными образцами сорбентов.

Сорбент для очистки сточных вод от нефтепродуктов, состоящий из золы, отличающийся тем, что зола древесная, полученная при сжигании отходов переработки измельченной древесины, содержит, мас.%: 9,5-10 SiO2; 2,2-2,6 Al2O3; 38-40 СаО; 12-13 MgO; 3,5-4 Fe2O3; 0,4-0,45 TiO2; 2,5-2,6 K2O; 0,43-0,46 Na2O; 7-8 SO3; 0,35-0,45 PO43-; 17-18 потери при прокаливании.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам получения хемосорбционных элементов. Готовят исходную композицию путём смешивания порошкообразных гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов с органическим полимером и растворителем.

Изобретение относится к области очистки промышленных жидких отходов и сточных вод от токсичных и радиоактивных элементов и может использовано для удаления ряда радиоизотопов, таких как технеций-99, палладий-107, и токсичных экологических загрязнителей, включая свинец и шестивалентный хром.
Изобретение относится к способам получения титаносиликатов, используемых в качестве сорбентов и фотокатализаторов. Берут кислый титансодержащий раствор и осуществляют восстановление 20-40% титана (IV) до титана (III) путем электрохимической обработки.
Изобретение относится к сорбционной очистке газов. Способ очистки газового потока, содержащего ртуть, включает контакт газового потока с сорбентом до прохождения устройства для сбора твердых частиц.

Изобретение относится к способам получения адсорбента диоксида углерода, предназначенного для использования в средствах защиты органов дыхания. Способ включает образование дисперсии оксидов щелочноземельных и/или гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов и нанесение дисперсии на листовую основу.

Изобретение относится к фильтровальной технике. Модуль сорбционной очистки содержит вертикальный корпус, состоящий из цилиндрической обечайки (17), днища (5) и крышки (11), верхний (1) и нижний (12) перфорированные насадки, поддерживающий слой (14), коллектор (10), фильтрующую загрузку.

Изобретение относится к области промышленной экологии. Способ получения сорбента для очистки сточных вод включает взаимодействие элементной серы и гидроксида натрия в водном растворе в присутствии гидразингидрата.
Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен биогибридный композиционный материал для сорбции и деградации нефти и нефтепродуктов.
Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности. Изобретение касается способа удаления сераорганических соединений из жидкого углеводородного топлива пропусканием через неподвижный адсорбент, в качестве которого используют γ-оксид алюминия, модифицированный оксидом цинка в количестве от 0,1 до 10,0 мас.%, или его комбинацию с другими адсорбционными материалами: γ-оксидом алюминия и/или алюмо-кобальт-молибденовым или алюмо-никель-молибденовым катализатором гидроочистки, и/или синтетическим цеолитом типа NaX или ZSM, и/или медно-цинковым адсорбентом.
Изобретение относится к области сорбции. Предложен способ получения сорбента для газохроматографического разделения ароматических полициклических углеводородов.
Наверх