close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Экспериментальное исследование сорбционных технологий для очистки сточных вод от нефтепродуктов на тепловых электростанциях Мьянмы

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ко Ко Маунг
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
МЬЯНМЫ
05.14.01 Энергетические системы и комплексы
Авторефрат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва-2018
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы работы. Экономика Мьянмы находится в
стадии развития. В стране построены 10 электростанций общей
установленной
мощностью
715
МВт.
Основными
топливноэнергетическими ресурсами страны Мьянмы являются уголь, нефть, газ,
гидроэнергия и биомасса. При существенном преобладании аграрного
сектора интенсивное развитие промышленности и энергетики приводит к
увеличению количества сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, что
может нанести урон как сельскому хозяйству, так и окружающей среде в
целом. Очистка вод такого типа включает в себя использование методов
отстаивания, флотации, сорбции.
В России вопросам очистки сточных вод ТЭС посвящены работы
известных российских ученых: Покровского В.Н., Шищенко В.В., Седлова
А.С, Климова Е.С., Ксенофонтова Б.С., Николаевой Л.А., Лаптева А.Г.,
Сергеевой Е.С., Веприковой Е.В., Терещенко Е.А. и др.
Несмотря на большое количество работ, в настоящее время
отсутствуют данные по степени очистки нефтесодержащих вод ТЭС от 10
мг/л до предельно допустимых показателей для сбросов в природные
водоемы на сорбентах-отходах сельскохозяйственного производства
Мьянмы, что позволяет наряду с защитой окружающей среды от сброса
нефтепродуктов произвести утилизацию отходов аграрного производства.
Для решения проблемы очистки вод от нефтепродуктов от 10 мг/л
до минимальной концентрации 0,1 - 0,05 мг/л необходимо проведение
исследований свойств местных и новых сорбционных материалов, в том
числе наиболее дешевых отходов сельскохозяйственного производства.
В связи с выше изложенным проблема очистки сточных вод от
нефтепродуктов является актуальной и
требует более детального
изучения.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось
исследование свойств новых сорбентов и материалов для очистки
нефтесодержащих сточных вод применительно к ТЭС в условиям Мьянмы
и разработка технологий такой очистки.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
1.
Исследование современного рынка сорбентов для очистки вод
от нефтепродуктов, поиск новых наиболее дешевых материалов, которые
можно применять для очистки нефтесодержащих вод на ТЭС
применительно к условиям развивающейся страны Мьянмы.
2.
Экспериментальное исследование параметров сорбции
фильтрующих материалов – отходов сельскохозяйственного производства
Мьянмы для очистки вод ТЭС от нефтепродуктов в динамических
условиях при концентрации нефтепродуктов 10 мг/л и концентрации 80
мг/л.
4
3.
Определение свойств материалов нового поколения АПТ-1,
АПТ-8 для использования в схемах очистки сточных вод ТЭС от
нефтепродуктов. Усовершенствование технологии сорбционной очистки
воды за счет организации оптимальной загрузки фильтрующих
материалов.
Полученные результаты могут быть использованы при
проектировании новых и реконструкции действующих сооружений по
очистке вод от нефтепродуктов.
Научная новизна работы:
1. Разработана и реализована методика комплексного исследования
сорбционных свойств традиционных (БАУ), новых (АПТ-1, АПТ-8) и
природных органических сорбентов (кокосовое волокно и др.) для
теплоэнергетики Мьянмы, включая лабораторные исследования
параметров сорбции на фильтровальных колонках, характера поверхности
на цифровом 3D микроскопе, эффективности сорбции нефтепродуктов на
стационарной и мобильной установках.
2. Определены важные физико-химические характеристики
перспективных сорбентов для условий ТЭС Мьянмы, такие как изотермы
адсорбции, параметры кинетического уравнения Фрейндлиха, удельная
поверхность сорбентов при очистке сточных вод от нефтепродуктов.
3. Впервые определены динамическая обменная емкость и степень
очистки воды с исходной концентрацией нефтепродуктов 10 мг/л для:
– сорбентов – отходов сельскохозяйственного производства
Мьянмы;
– материалов нового поколения АПТ-1, АПТ-8;
– сорбентов, загруженных в фильтр в 2 слоя.
Теоретическая значимость работы
–
определен механизм сорбции нефтепродуктов на сорбентах
КВ, АПТ-1. Построенные изотермы сорбции нефтепродуктов принадлежат
для КВ к изотермам III-типа по классификации БЭТ. Изотермы адсорбции
на АПТ-1 относятся к изотермам I типа, что может служить исходными
данными для проектирования систем очистки стоков ТЭС;
– проведен расчет констант уравнения Фрейндлиха для сорбентов
КВ и АПТ-1; по полученым изотермам сорбции нефтепродуктов
определена удельная площадь поверхности сорбентов КВ, АПТ-1, что
обеспечивает повышение эффективности выбора сорбентов, при этом
установлено, что активность сорбентов относительно дизельного топлива
практически одинаковая;
–определены динамические обменные емкости исследованных
сорбционных материалов
и степени очистки на них вод
при
концентрациях нефтепродуктов 10 мг/л, что дает основание для расчета
технологических характеристик промышленных аппаратов.
5
Практическая значимость работы
Выполнен анализ свойств сорбционных материалов для очистки
замасленных и замазученных сточных вод в промышленности с целью
применения их на теплоэнергетических объектах развивающейся страны
Мьянмы. Выбраны природные материалы на растительной и минеральной
основе (кокосовое волокно, рисовая шелуха, шелуха пшеницы) и сорбенты
нового поколения АПТ-1, АПТ-8.
Получены результаты испытания сорбентов сельскохозяйственного
производства Мьянмы: кокосовое волокно, рисовая шелуха, шелуха
пшеницы и сорбентов нового поколения АПТ-1, АПТ-8 по очистке
сточных вод от нефтепродуктов с концентрацией 10 мг/л, которые могут
быть использованы инжиниринговыми и проектными организациями при
внедрении новых очистных установок.
Проведено
сравнение
свойств
исследованных
сорбентов,
установлено, что лучшими сорбционными свойствами обладает кокосовое
волокно – КВ.
Результаты исследований используются в учебном процессе на
кафедре ТОТ НИУ «МЭИ».
Методология и методы исследования
При проведении исследования использовали сорбционный и
коалесцентный методы удаления нефтепродуктов, флуориметрический
метод определения концентрации нефтепродуктов на приборе Флюорат02.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Методика комплексного исследования сорбционных свойств
новых и перспективных органических сорбентов для ТЭС Мьянмы
2. Результаты экспериментального исследования сорбционных
свойств наиболее дешевых материалов-отходов сельскохозяйственного
производства Мьянмы с целью их использования для очистки вод от
нефтепродуктов с концентрацией 10 мг/л на ТЭС.
3. Результаты экспериментального исследования сорбционных
свойств материала нового поколения АПТ-1 с целью его использования
для очистки вод от нефтепродуктов с концентрацией 10 мг/л на ТЭС.
4. Результаты экспериментального исследования сорбента АПТ-8 в
аппарате АПТ для очистки вод от нефтепродуктов на ТЭС.
Достоверность результатов обеспечивается:
– применением положений теории сорбции в химии, теории
фильтрования в слое зернистой загрузки;
– взаимосвязью между выходными кривыми фильтрования,
удельной площадью поверхности сорбции, фотографиями макропор
сорбентов;
– удовлетворительным совпадением результатов эксперимента,
использованием рекомендаций действующей нормативной документации;
6
– сопоставлением отдельных полученных результатов с
результатами других авторов, опубликованными в литературе и
относящимися к исследуемым системам.
Личный вклад автора заключается в:
выполнении теоретических и экспериментальных исследований,
изложенных в диссертационной работе, включая постановку целей и задач
исследования, выборе методик экспериментов, непосредственном участии
в их проведении, анализе и обобщении экспериментальных результатов,
формулировании обоснованных выводов, при составлении материалов
публикаций и докладов.
Апробация результатов
Материалы диссертационного исследования обсуждались и
докладывались
на
XVIII
Международной
научно-технической
конференции «Состояние и перспективы развития электро- и
теплотехнологии» («Бернардосовские чтения») в 2015 г, ИГЭУ; XXII и
XXIII Международных научно-технических конференциях студентов и
аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в 2016 г.,
2017 г., Москва, ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»; Международной конференции
«Современные проблемы теплофизики и энергетики» в 2017 г., Москва,
НИУ «МЭИ»; Международной научной конференции молодых ученых и
специалистов «Экология энергетики–2017», Москва, НИУ «МЭИ»; на
научных семинарах подразделения «Технология воды и топлива на ТЭС и
АЭС» и заседании кафедры теоретических основ теплотехники им. М.П.
Вукаловича.
Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том
числе в двух изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, 1 в трудах
Международной конференции, входящих в базу цитирования Scopus, 5 в
сборниках тезисов международных конференций.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка
использованных источников из 106 наименований, и содержит 134
страниц машинописного текста, 67 рисунков, 23 формулы и 24 таблицы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, ее
научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и
задачи работы.
В первой главе рассматриваются основные проблемы и методы
очистки воды от нефтепродуктов. В настоящее время проблема очистки
сточных вод от нефтепродуктов носит актуальный характер на тепловых
электрических станциях. Для глубокой очистки воды от нефтепродуктов
применяется сорбционная очистка. В качестве загрузки сорбционных
фильтров традиционно используют активированный уголь, являющий
дорогостоящим сорбентом. Для планируемого интенсивного развития
энергетики
Мьянмы
использование
дорогостоящих
привозных
7
(импортных) сорбентов может быть затруднительно. В связи с этим,
применительно
к
условиям
Мьянмы,
рассмотрены
основные
характеристики сорбентов – отходов сельскохозяйственного производства
Мьянмы, обладающих сорбционными свойствами, а имено кокосового
волокна, рисовой шелухи и шелухи пшеницы. Доступность, дешевизна и
эффективность таких сорбентов позволяют расширить их применение не
только на ТЭС, но и на любом промышленном объекте.
Во второй главе проведено исследование сорбционной отчистки
воды от нефтепродуктов в динамических условиях на модельном растворе
и на сточной воде ТЭС после бака мазутного хозяйства. В качестве
исследуемых природных материалов были выбраны кокосовое волокноКВ, рисовая шелуха-РШ, шелуха пшеницы-ШП – отходов
сельскохозяйственного производства Мьянмы и новый фильтрующий
материал АПТ-1, применяемый для очистки воды от железа. В качестве
этанола были выбраны березовый активированный уголь БАУ-А и новый
сорбент: кокосовый активированный уголь КАУ на основе скорлупы
кокосовых орехов марки Aqualat® Hyperline, производящийся в Индии.
Исследуемый сорбент
засыпался в фильтровальную
колонку на высоту 40 . Через
фильтровальную установку,
схема которой представлена
на
рис.1,
пропускались
модельные
растворы
нефтепродуктов со скоростью
10 м/ч, которая соответствует
скорости фильтрования на
фильтрах
очистных
сооружений ТЭС. Исходная
концентрация
нефтепродуктов в модельном
растворе
на
основе
технического масла составила
10 м/л.
Рис. 1. Схема установки для
Обработанная
вода
проведения экспериментов по очистке
собиралась в канические колбы,
воды от нефтепродуктов
из которых отбирались пробы на
анализ
нефтепродуктов.
Определение
нефтепродуктов
проводилось по методике ПНДФ 14.1:2:4.128-98 на приборе «Флюорат02».
8
Сф, мг/л 14
12
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Vм.р, л
Березовый активированный уголь-БАУ-А
Кокосовое волокно-КВ
Шелуха пшеницы-ШП
Рисовая шелуха-РШ
Рис. 2. Графическая зависимость концентрации нефтепродуктов в фильтрате от
объема пропущенного модельного раствора с концентрацией Снп ≈ 10 мг/л на
основе технического масла
По графическим зависимостям, представленным на рис. 2, видно,
что все природные материалы обладают хорошими сорбционными
свойствами при пропуске 3 л модельного раствора. Лучше всего процесс
фильтрования происходит на кокосовом волокне. На этом сорбенте при
пропуске 9 л модельного раствора «смывы» нефтепродуктов не
обнаружены. Степень очистки на сорбенте кокосовое волокно составляет
88%.
Сф, мг/л 14
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
Кокосовый активированный уголь-КАУ
8
10
12
Vм.р, л14
Кокосовое волокно-КВ
Рис. 3. Графическая зависимость концентрации нефтепродуктов в фильтрате от
объема модельного раствора для фильтров, загруженных кокосовым
актированным углем и кокосовым волокном
Из графической зависимости, построенной по результатам
испытаний, (рис.3) видно, что оба сорбента обладают хорошими
9
сорбционными свойствами, но на кривых фильтрования отчетливо видны
пики, которые соответствуют смывам нефтепродуктов с поверхности
адсорбента. При этом следует отметить, что у кокосового активированного
угля пики обладают более резкими амплитудами и площадь их гораздо
больше, чем у кокосового волокна. На поверхности кокосового волокна
лучше происходит задержание пленки нефтепродуктов, чем на
поверхности кокосового активированного угля.
Сточные воды ТЭС содержат большое количество железа. Материал
АПТ-1 используется в промышленности для очистки сточной воды от
металлов. Далее проведено исследование сорбционных свойств материала
АПТ-1 также при очистке модельного раствора от нефтепродуктов с
концентрацией 10 мг/л и сравнение его сорбционных свойств со
свойствами березового активированного угля БАУ-А.
Сф, мг/л
14
12
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Vм.р, л
Березовый активированный уголь-БАУ-А
Сорбент-АПТ-1
Рис. 4. Графическая зависимость концентрации нефтепродуктов от объема
пропущенного модельного раствора на основе технического масла с
концентрацией 10,6 мг/л для сорбентов березовый активированный уголь и
АПТ-1
По результатам испытаний (рис. 4) видно, что оба сорбента
обладают примерно одинаковыми степенями очистки, несмотря на
незначительные смывы нефтепродуктов у сорбента БАУ-А. После
пропуска 5 л раствора у сорбента БАУ-А начинаются более резкие и
значимые «смывы» нефтепродуктов с поверхности, и степень очистки
снижается на 10 % и более.
Для улучшения качества фильтрата было решено использовать
фильтр с двухслойной загрузкой. Для исследования в качестве первой
загрузки были выбраны сорбент КВ и БАУ-А, а в качестве загрузки во
второй фильтр были выбраны КВ и АПТ-1. В две фильтровальные
колонки были сначала засыпаны сорбенты БАУ-А и АПТ-1 на высоту 20
см, а сверху на них был засыпан природный материал кокосовое волокно
на высоту 20 см. Через фильтровальную колонку был пропущен
10
модельный раствор с техническим маслом с концентрацией около 10 мг/л.
На рис. 5 представлена графическая зависимость концентрации
нефтепродуктов от объема пропущенного модельного раствора,
построенная по результатам данного эксперимента.
Сф, мг/л 16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
Кокосовое волокно- КВ+Березовый активированный
уголь-БАУ-А
Кокосовое волокно-КВ+Сорбент-АПТ-1
25
Vм.р, л
Рис. 5. Графическая зависимость концентрации нефтепродуктов от объема
пропущенного модельного раствора на основе технического масла с Снп ≈ 10 мг/л
для фильтров с двухслойной загрузкой сорбентами кокосовое волокно и
березовый активированный уголь и сорбентов кокосовое волокно и АПТ-1
При использовании двухслойной загрузки сорбентов (КВ и БАУ-А)
и (КВ и АПТ-1) объем обработанной воды до начала «смыва» повышается
по сравнению с однослойной загрузкой на 50%.
В следующем эксперименте (рис. 6) было произведено сравнение
сорбционных свойств активированного угля БАУ-А с сорбентами АПТ-1 и
кокосовое волокно. В качестве исходной воды был использован
модельный раствор дизельного топлива с исходной концентрацией около
10 мг/л.
14
Сф, мг/л 12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Vд.т , л
Сорбент-АПТ-1
Березовый активированный уголь-БАУ-А
Кокосове волокно-КВ
Рис. 6. Графическая зависимость концентрации нефтепродуктов от объема
пропущенного модельного раствора на основе дизельного топлива с Снп ≈ 10 мг/л
для сорбентов березовый активированный уголь, АПТ-1, кокосовое волокно
11
Результаты исследований показывают, что БАУ-А лучше сорбирует
дизельное топливо, чем АПТ-1 и КВ. На основе этих данных можно
сделать вывод, что адсорбционная способность данных сорбентов сильно
зависит от природы адсорбтива.
Далее проводилось сравнение сорбционных свойств сорбентов при
очистке сточных вод, взятых из цикла ТЭС после бака мазутного
хозяйства. Концентрация нефтепродуктов в сточной воде после бака
мазутного хозяйства ТЭС была 81,9 мг/л.
Сф, мг/л
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
2
Березовый активированный уголь-БАУ-А
2.5
3
Vс.в, л
Сорбент-АПТ-1
Кокосовое волокно-КВ
Шелуха пшеницы-ШП
Рисовая шелуха-РШ
Рис. 7. Графическая зависимость концентрации нефтепродуктов от объема
пропущенной сточной воды после бака мазутного хозяйства ТЭС
По построенным графическим зависимостям, представленным на
рис. 7, видно, что сорбент БАУ-А проявил лучшие сорбционные качества,
чем кокосовое волокно, шелуха пшеницы и рисовая шелуха. Из всех
природных сорбентов наилучшим сорбционным качеством обладает
рисовая шелуха (степень очистки 86,5 % при Vс.в = 1–2 л). Кокосовое
волокно имеет степень очистки 70,6 %. Степень очистки по сравнению с
очисткой на модельном растворе снизилась на 18%. Кривая фильтрования
идет параллельно оси абсцисс, стабильно без пиков в интервале 1,0–2,8 л.
Шелуха пшеницы имеет более низкие сорбционные характеристики, чем
все природные сорбенты и сорбент БАУ-А. По результатам испытаний
можно сделать вывод, что на реальной воде самый стабильный
сорбционный материал после БАУ-А – кокосовое волокно.
Эффективность фильтрования зависит от многих свойств
фильтрующего материала, в том числе во многом от шероховатости его
поверхности. В связи с этим в ходе работы были проведены исследования
поверхности сорбентов с помощью цифрового ЗД- микроскопа последнего
класса Японской фирмы марки КН-8700 с разрешением 2500. Полученные
снимки поверхности сорбентов представлены на рис.8. На графиках
хорошо видна глубина пор по длине среза.
12
а)
б)
в)
г)
Рис. 8. Поверхность БАУ-А (а),
АПТ-1 (б), рисовой шелухи (в),
кокосового волокна (г), шелухи
пшеницы (д). l – длина сечения;
hп – глубина макропоры в
сечении
д)
13
Все сорбенты являются пористыми материалами с развитой неоднородной
поверхностью, способной задерживать пленку нефтепродуктов.
В третьей главе представлены результаты исследования механизма
сорбции на адсорбентах БАУ, АПТ-1, КАУ и КВ и сорбционные
характеристики самих сорбентов. Все исследования проводились в
статических условиях, в качестве нефтепродуктов применяли раствор
дизельного топлива в воде.
Для оценки влияния природы адсорбата на процесс адсорбции,
экспериментально определены удельные величины адсорбции и удельные
площади поверхности сорбентов с использованием двух методики, где в
качестве адсорбата выступали вещества с различной молекулярной
массой: уксусная кислота (М=60 г/моль) и метиленовый голубой (М=320
г/моль).
Рассчитанные по изотермам адсорбции уксусной кислоты значения
предельных величин сорбции для
БАУ-А (Г∞ = 2,386. 10−3 моль/г) и
для АПТ-1 (Г∞ = 0,124. 10−3 моль/г), а также значения удельной площади
БАУ
АПТ−1
поверхности уд
= 301,74 м2/г и уд
= 15,68 м2/г показывают, что
относительно уксусной кислоты АПТ-1 обладает значительно меньшей
сорбционной способностью, чем БАУ-А.
Результаты эксперимента по сорбции раствора метиленового
голубого, представленные табл. 1, доказывают, что все исследуемые
сорбенты
обладают
приблизительно
одинаковой
сорбционной
активностью по отношению к этому адсорбату.
Таблица 1
Удельная сорбция для природных сорбентов, БАУ-А, КАУ и АПТ-1
Сорбент
Концентрация раствора,
мг/л
Г, мг/г
S, м2/г
Сисх
Ср
БАУ-А
1500
276,947
30,576
6,908×1010
КАУ
1500
282,674
30,464
6,883×1010
АПТ-1
1500
293,901
30,152
6,821×1010
КВ
1500
293,936
29,844
6,743×1010
РШ
1500
272,109
30,753
6,948×1010
ШП
1500
267,897
30,818
6,963×1010
Следовательно на поверхности анализируемых сорбентов лучше
сорбируются более тяжелые и длинные органические молекулы.
Так как экспериментальные изотермы сорбции являются наиболее
распространенным способом описания адсорбционных явлений, для
исследования механизма сорбции были построены изотермы сорбции
сорбентов БАУ-А, АПТ-1, КАУ и КВ (рис.9). Изотермы сорбции
14
нефтепродуктов на БАУ-А и КАУ принадлежат к изотермам II-типа по
классификации БЭТ и изотерма адсорбции на КВ относится к изотермам
III типа, и описывают полимолекулярную адсорбцию на пористых и
непористых адсорбентах. Изотермы адсорбции на АПТ-1 относятся к
изотермам I типа, отражающим мономолекулярную адсорбцию на
микропористых твердых адсорбентах с
относительно малой долей
внешней поверхности.
Более ранние пики на графических зависимостях, полученных для
БАУ, КАУ и КВ (рис.2 и рис.3) можно объяснить смывами части
нефтепродуктов, которые образовывали вторые и последующие
адсорбционные слои. Поскольку в адсорбентах, описываемых изотермами
II типа, к которым следует отнести БАУ и КАУ, силы межмолекулярного
взаимодействия между адсорбент-адсорбат больше, чем между адсорбатадсорбат, то верхние слои сорбата (нефтепродуктов) при определенных
условиях начинают «смываться» с поверхности адсорбента.
Адсорбент
АПТ-1
формирует
на
своей
поверхности
мономолекулярный слой нефтепродуктов и достаточно прочно
удерживает их, поэтому небольшие «смывы» нефтепродуктов не
наблюдаются далее после пропуска более 9 л модельного раствора (
рис.4)
Кокосовое волокно следует отнести к непористым сорбционным
материалам, но обладающим сильной энергией взимодействия адсорбатадсорбат, благодаря чему кокосовое волокно прочно удерживает на своей
поверхности молекулы нефтепродуктов.
Из построенным изотерм сорбции рассчитаны значения констант
(табл. 2) уравнения Фрейндлиха:
(1)
Г = С1/n
Где  и n – константы
Г, мг/г
2
Г, мг/г
2
1.5
1.5
1
1
0.5
0.5
0
0
1.8
2.85
3.9
4.95
6
1.8
2.85
3.9
Сд.т , мг/л
а)
4.95
6
Сд.т , мг/л
б)
15
Г, мг/г 1.2
Г, мг/г 0.4
0.8
0.3
0.4
0.2
0
0.1
1.5
2
2.5
3
3.5
2
4
6
Сд.т , мг/л
г)
8
Сд.т , мг/л
д)
Рис. 9. Изотерма сорбции нефтепродуктов БАУ-А (а), АПТ-1 (б), КАУ(в), КВ(г)
Таблица 2
Константы уравнения Фрейндлиха
Константа
БАУ-А
АПТ-1
КАУ
КВ
β
0,658
0,142
0,556
0,143
n
0,661
0,537
0,700
0,767
Поскольку чем больше значение показателя степени n в уравнении
Фрейндлиха, тем круче растет изотерма, тем меньший расход адсорбента
для извлечения адсорбата. Можно сделать вывод, что активность
сорбентов относительно дизельного топлива практически одинаковая.
В четвертой главе проведено исследование сорбционных свойств
материала нового поколения АПТ-8, обладающего сорбирующими и
коалесцирующими свойствами с помощью аппарата АПТ для очистки и
непрерывного разделения водомасляной эмульсии (рис. 10). Эксперимент
проводился в лабораторных и производственных условиях
Аппарат АПТ выполнен специально для проведения исследований
сорбента АПТ-8 на сточных водах ТЭС, загрязненных нефтепродуктами.
Аппарат представляет собой сосуд из органичес кого стекла, объем трех
камер 30 дм3, производительность 50–60 дм3/ч, режим работы
непрерывный. Две секции аппарата – первая и вторая – заполнены
сорбентом АПТ-8. Перед подачей на установку сточная вода с
нефтепродуктами насыщается пузырьками воздуха и поступает на
фильтрующую загрузку сверху. Отвод тяжёлых фракций нефтепродуктов
осуществляется из нижней части первой секции, легких фракций – из
верхней части второй секции. Очищенная вода удаляется из третьей
секции.
16
Рис. 10. Схема аппарата для очистки замасленной воды или непрерывного
разделения водомасляной эмульсии
Испытания сорбента АПТ-8 были проведены на модельных
растворах концентрацией нефтепродуктов 10 мг/л. После пропуска 200 л
модельного раствора содержание нефтепродуктов в обработанной воде
находилось в интервале 0,2–0,3 мг/л.
На рис.11 представлены результаты испытаний сорбента, проведенных
на ТЭЦ Мосэнерго на сточной воде после нефтеловушки. В течение
нескольких дней через аппарат с сорбентом пропущено 1000 л воды.
6
Сн.п, мг/л 5
4
3
2
1
0
0
500
1000
Vс.в, л
Исходная вода, мг/л
Очищенная вода, мг/л
Рис. 11. Содержание нефтепродуктов в сточной воде ТЭЦ после нефтеловушки и в
воде, очищенной на сорбенте АПТ-8
Концентрация нефтепродуктов в сточной воде изменялась от 2 до 5
мг/л в течение суток. После очистки сточной воды ТЭЦ концентрация НП
в очищенной воде составила 0,17–1,93 мг/л.
Пятая глава посвящена обработке сточной воды на мобильной установке
(рис.12) для использования при нестандартных ситуациях, связанных, с
утечками нефтепродуктов, отказом установки по очистке сточных вод и
т.д., при которых требуется срочная очистка вод, загрязненных
нефтепродуктами. Мобильная установка поможет в таком случае избежать
значительных затрат на утилизацию нефтесодержащих вод.
17
Рис. 12. Схема мобильной установки для очистки вод, загрязненных
нефтепродуктами. 1 – вход загрязненной воды; 2 – задвижка; 3 – погружной насос;
4 – приемный бак; 5 – насос; 6 – аппарат АПТ с сорбентом АПТ-8; 7 –
сорбционный фильтр; 8 – выход фильтрата; 9 – отвод удаленных нефтепродуктов
Воды, загрязненные нефтепродуктами собираются в баке
замасленных и замученных вод 4. Далее вода подается на аппарат АПТ с
сорбентом АПТ-8 для непрерывного разделения нефтеводяной эмульсии 6.
Отвод тяжелых и легких фракций нефтепродуктов производится из
первого и второго отсеков с помощью дренажных трубок в накопительную
емкость. Далее очищенная вода поступает на фильтр 7, загруженный
сорбентом КВ – отходом сельскохозяйственного производства Мьянмы.
После фильтров очищенная вода может быть использована в цикле
повторно.
Сорбент АПТ-8 после работы одного цикла фильтрования
необходимо регенерировать методом отжима и использовать в установке
повторно.
Отработанный
сорбент
кокосовое
волокно
можно
утилизировать путем гранулирования с последующим сжиганием в котлах
в качестве добавления к основному виду топлива.
Заключение
1. Сформулированы основные проблемы очистки сточных вод от
нефтепродуктов и рассмотрены пути их решения. Для ТЭС Мьянмы
принят перспективный сорбционный метод очистки вод от
нефтепродуктов с концентрацией 10 мг/л до предельно допустимых
концентраций 0,1– 0,05 мг/л.
2. Разработана и реализована комплексная методика исследования
сорбентов, позволяющая рекомендовать ряд природных органических
материалов для очистки стоков ТЭС от нефтепродуктов. При очистке
модельного раствора от нефтепродуктов лучшие сорбционные свойства
проявило кокосовое волокно – КВ (степень очистки составила 88 %). Для
рисовой шелухи– РШ– составляет 85 %, сорбент шелуха пщеницы- ШП –
69 %. Для сорбента кокосовый активированный уголь КАУ фирмы
18
«Aqualat® HyperLine» степень очистки составила 83%. В качестве эталона
был выбран березовый ативированный уголь БАУ, степень очистки на
котором составила 86%. При очистке сточных вод мазутного хозяйства
промышленной ТЭС лучшие качества проявил сорбент БАУ-А, степень
очистки составила 99 %, у сорбента КВ – 71%.
3. Построены изотермы сорбции нефтепродуктов и предложен
механизм их сорбции для сорбентов АПТ-1, КВ. Изотермы сорбции
нефтепродуктов на КВ
принадлежат к изотермам III-типа по
классификации БЭТ и описывают полимолекулярную адсорбцию на
пористых и непористых адсорбентах. Изотермы адсорбции на АПТ-1
относятся к изотермам I типа, отражающим мономолекулярную
адсорбцию на микропористых твердых адсорбентах с относительно малой
долей внешней поверхности.
Проведен рассчет значений констант уравнения Фрейндлиха.
Константы β и n позволяют сравнивать активности разных сорбентов по
отношению к нефтепродуктам. По результатам эксперимента показано,
что активность сорбентов АПТ-1, КВ по отношению к нефтепродуктам
(дизельное топливо) практически одинаковая.
4. Впервые выполнены экспериментальные исследования свойств
сорбента нового поколения АПТ-1 для очистки сточных вод, загрязненных
нефтепродуктами с концентрацией 10 мг/л. Сорбент АПТ-1 разработан для
очистки воды от железа и может быть использован в качестве
комплексного сорбента для очистки сточных вод, в состав которых входят
металлы и нефтепродукты.
Проведено экспериментальное исследование эффективности
применения фильтров с двухслойной загрузкой сорбентами при очистке
сточных вод ТЭС. Степень очистки на сорбентах БАУ-А и КВ составила
83 %, на сорбентах КВ и АПТ-1 составила 84 %. При двухслойной
загрузке продолжительность работы фильтров увеличивается
по
сравнению с однослойной загрузкой в 1,5 раза.
5. Проведены лабораторные и промышленные испытания на
мобильной промышленной установке материала нового поколения с
коалесцирующими свойствами АПТ-8 и получены положительные
результаты для использования его в схемах очистки загрязненных
нефтепродуктами сточных вод ТЭС с концентрациями 10 мг/л.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах,
рекомендованных ВАК РФ:
1. Применение сорбента нового поколения для очистки сточных
вод на ТЭС / И.П. Ильина, Ю.А. Морыганова, И.С. Никитина, И.А.
Бураков, Ко Ко Маунг, А.И. Курченков, Е.А. Арефьева, А.Ф. Чабак, Д.А.
Чабак // Новое в российской электроэнергетике. 2016. № 11. С. 49–56.
19
2. Исследование сорбционных свойств сорбента АПТ-1 / И.С.
Никитина, Ю.А. Морыганова, Ко Ко Маунг, Кудинова.Ю.А. // Новое в
российской электроэнергетике. 2017. № 7. С. 40–45.
Статьи по теме диссертации в трудах, материалах
международных и всероссийских конференций, в сборниках научных
трудов:
3. Экологически чистые сорбенты для энергетики Мьянмы / И.С.
Никитина, Ю.А. Морыганова, Ко Ко Маунг, Е.А. Арефьева // Междунар.
кон. «Современные проблемы теплофизики и энергетики, 2017». С. 191–
192. (Scopus).
4.
Ко
Ко
Маунг,
Никитина
И.С.,
Бураков
И.А.
Электроэнергетическая система Мьянмы // Междунар. науч.-техн. конф.
«Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии» (XVIII
Бенардосовские чтения). Иваново.: ИГЭУ. 2015. С. 210–213.
5. Ко Ко Маунг, Арефьева Е.А., Никитина И.С. О возможности
использования для очистки нефтесдержащих вод экологически чистых
сорбентов // Тезисы докладов науч.-техн. конф. «Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика». М.: Издательский дом МЭИ, 2016. С. 216.
6. Учебно-исследовательский стенд кафедры ТЭС для очистки вод
от нефтепродуктов / Ко Ко Маунг, А.И. Курченков, В.Г. Поздняков, И.С.
Никитина, А.Ф. Чабак, Д.А. Чабак // Тезисы докл. науч.-техн. конф.
«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». М.: Издательский дом
МЭИ, 2016. С. 217.
7. Сорбенты для очистки воды от нефтепродуктов / Е.А. Арефьева,
Ко Ко Маунг, И.С. Никитина, Ю.А. Морыганова // Тезисы докл. науч.техн. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». М.:,
Издательский дом МЭИ, 2017. С. 215.
8. Ко Ко Маунг, Арефьева Е.А., Никитина И.С. Мобильная
установка для очистки вод, загрязненных нефтепродуктами // Междунар.
науч. конф. молодых ученых и специалистов «Экология энергетики-2017».
М.: Издательский дом МЭИ, 2017. С. 20–21.
Подписано в печать
Зак.
Тир.
П.л.
Типография МЭИ, Красноказарменная ул., д.13, стр. 4.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа