Очистка сточных вод, содержащих нефтепродукты, плазменно-модифицированными мембранами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат технических наук Батыршин, Разин Тагирович

• Батыршин, Разин Тагирович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Батыршин, Разин Тагирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список условных обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ 6 ГЛАВА 1. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ

НЕФТЕПРОДУКТЫ

1.1 Основные характеристики сточных вод, содержащих Нефтепродукты

1.2 Методы очистки сточных вод, содержащие нефтепродукты

1.2.1. Механические методы

1.2.2. Физико-химические методы

1.2.3. Окислительные методы

1.3 Мембранные технологии

1.3.1 Введение в мембранные технологии

1.3.2 Классификация мембран 26 1.3.3. Требования, предъявляемые к мембранам

1.3.4 Конструкции мембранных модулей

1.3.5 Процессы мембранного разделения

1.3.6 Баромембранные технологии

1.3.6.1 Микрофильтрация

1.3.6.2 Ультрафильтрация

1.3.6.3 Нанофильтрация и обратный осмос

1.4 Применение мембранных технологий в процессах очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты 41 1.4.1 Модификация мембран

1.4.1.1 Химическая модификация мембран

1.4.1.2 Модификация плазмой 45 1.4.2. Регенерация мембран 48 Заключение к главе 1 49 ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 51 2.1 Основные характеристики модельных сред

2.2 Основные характеристики мембран

2.3 Исследование процесса ультрафильтрационного и обратноосмотического разделения модельных сточных вод 54 2.4. Плазмохимическая модификация мембран

2.5 Определение рабочих параметров разделения модельных сточных вод 58 2.5.1 Определение производительности 58 2.5.2. Определение эффективности мембранного разделения использованием анализа на ХПК

2.6 Исследование поверхностной структуры мембран растровой электронной микроскопией

2.7 Исследование структуры мембран методом рентгеноструктурного анализа

2.8 Измерение диэлектрических свойств мембраны

2.9 Определение краевого угла смачивания поверхности мембран

2.10 Определение размера частиц дисперсной фазы эмульсий

2.11 Исследование химического состава мембран методом инфракрасной спектроскопии

2.12 Метрологическая проработка результатов исследований

2.12.1 Определение погрешности измерения краевого угла смачивания

2.12.2 Определение погрешности измерения объема титранта

2.12.3 Определение погрешности измерения объема титранта при холостом опыте

2.12.4 Обработка результатов косвенных измерений 70 2.12.4.1 Определение ХПК фильтрата 70 ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗДЕЛЕНИЯ МОДЕЛЬНЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ МЕМБРАН 74 3.1. Мониторинг образования и утилизации сточных вод, содержащих нефтепродукты, на предприятиях ЗАО «Челныводоканал» 74 3.1.1 Общая характеристика проблемы

3.1.2 Очистка сточных вод, содержащих нефтепродукты на ЗАО «Челныводоканал»

3.2 Исследование разделения модельных сточных вод с помощью мембран

3.2.1 Определение технологических параметров разделения модельных сточных с помощью мембран

3.2.2 Исследование разделения эмульсий на основе масла марки И-20А с помощью плазменно-модифицированных мембран

3.2.3 Исследование разделения эмульсий на основе масла марки И-40А с помощью плазменно-модифицированных мембран

3.3 Исследование свойств мембран

3.3.1 Исследование поверхности мембран методом электронной микроскопии

3.3.2 Измерение краевого угла смачивания

3.3.3 Исследование структуры модифицированных мембран методом рентгеноструктурного анализа

3.3.4 Исследование диэлектрических свойств мембран

3.3.5 Спектрометрические исследования мембран 109 Выводы по главе 110 ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПОЛУПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СОЖ МЕМБРАННЫМИ МЕТОДАМИ 111 ГЛАВА 5. УКРУПНЕННАЯ ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ УСТРАНЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО УЩЕРБА, СВЯЗАННОГО С ПРЕДОТВРАЩЕНИЕМ СБРОСА НП В СОСТАВЕ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ НЕФТЕПРОДУКТЫ, В ВОДНЫЕ БАССЕЙНЫ РЕКИ КАМЫ 122 5.1 Технология термической утилизации концентрата нефтепродуктов с доочисткой образующихся газовых выбросов 124 ВЫВОДЫ 129 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

4

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

АСМ - атомно-силовая микроскопия БМС - безмагнитная сепарация ВАК - высшая аттестационная комиссия ВВ - взвешенные вещества ВМЭ - водомасляные эмульсии ВЧЕ - высокочастотная емкостная ЗАО - закрытое акционерное общество ИК - инфракрасная

KMC - кассетные мембранные сепараторы

КП - концентрационная поляризация

КТО - комплекс термического обезвреживания

КХА - количественно-химический анализ

ЛТК - линия трехфазного контакта

НП - нефтепродукты

ОАО - открытое акционерное общество

ПАВ - поверхностно активное вещество

ПДК - предельно допустимая концентрация

ПЭС - полиэфирсульфон

РСА - рентгеноструктурный анализ

СВ - сточная вода

СВСНП - сточные воды, содержащие нефтепродукты ТБО - твердые бытовые отходы УВ - углеводороды

ХПК - химическое потребление кислорода ЦМС - цепные магнитные сепараторы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Очистка сточных вод, содержащих нефтепродукты, плазменно-модифицированными мембранами»

Введение

С развитием индустриального общества, увеличением всевозрастающих потребностей человечества, происходит рост промышленного производства, что неуклонно приводит к экспоненциальному усилению эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду. В результате естественного круговорота веществ, в том числе и поллютантов, негативному воздействию последних подвергаются все природные компоненты и сам человек. Происходит деградация живой среды вплоть до полного исчезновения многих видов животных и растений; увеличивается количество болезней, многие из которых являются трудноизлечимыми; учащаются случаи техногенных катастроф и природных катаклизмов.

Несмотря на принимаемые меры по снижению количества потребляемого сырья и водных ресурсов, при современных масштабах производства количество выбросов и отходов стало соизмеримо со способностью природы ассимилировать эти загрязнения имеющимися у нее средствами.

На сегодняшний день, когда ужесточились социально-гигиенические требования к любому технологическому процессу, решению вопросов создания безотходных производств, к организации замкнутых циклов использования вторичного сырья, уделяется особое внимание. Экономия материальных ресурсов в современных условиях становится важным источником роста производства и снижения себестоимости продукции.

Для большинства производств вода является необходимым компонентом, с помощью которого осуществляются различные технологические процессы. Вовлечение вторичных ресурсов в хозяйственный водооборот для таких производств определяется наличием эффективных методов очистки воды и выделением из нее загрязнений.

В настоящее время имеются способы очистки воды до любой желаемой степени чистоты и методы выделения из сточных вод (СВ) поллютантов раз-

личной природы. К сожалению, экономичных и эффективных способов очистки немного. Ограниченность и невоспроизводимость некоторых источников энергии и сырья диктуют необходимость разработки малоэнергоемких процессов и компактного недорогого оборудования для очистки СВ.

Важное место в рассматриваемой проблеме занимают сточные воды, содержащие нефтепродукты (СВСНП). Тысячи предприятий различных отраслей промышленности ежегодно потребляют миллионы тонн водомасля-ных эмульсий (ВМЭ), являющихся источником СВСНП. В процессе эксплуатации ВМЭ загрязняются различными примесями, подвергаются биопоражению и, в итоге, теряют свой технологический потенциал. Данное обстоятельство приводит к необходимости частой замены загрязненных ВМЭ свежеприготовленными, а отработанные сливаются в систему обезвреживания или непосредственно в объекты окружающей среды.

Существует большое количество методов очистки СВСНП, но ни один

J

из них не обеспечивает нормативных требований по параметрам очищенной воды. В связи с этим, в промышленной практике, в основном, применяют комплексные технологии.

Одним из наиболее распространенных промышленных способов очистки СВСНП является их предварительная очистка от грубодисперсных механических примесей и масел, разложение различными деэмульгаторами, сорбционная доочистка водной фазы, утилизация образующихся нефтешла-мов и пеномасляных продуктов. Применяемые на большинстве предприятий в качестве деэмульгаторов кислоты и щелочи, а также коагулянты на основе неорганических солей алюминия и железа, приводят к засолению водной фазы и образованию больших объемов трудно утилизируемых нефтешламов (от 80 до 300 кг на 1 м ). Получаемая «условно чистая вода» без дополнительной доочистки непригодна для повторного использования и зачастую требует разбавления перед сбросом в водоемы.

Предлагаемые сегодня на российском рынке деэмульгаторы нового поколения на основе органических полимеров также не лишены недостатков.

Кроме высокой стоимости и образования трудно утилизируемых нефтешла-мов (от 50 до 150 кг на 1 м ), они, обычно, являются узкоспециализированными реагентами, т.е. эффективно разрушают одни виды эмульсий и практически не влияют на стабильность других. Данное обстоятельство требует проведения работы по подбору оптимального деэмульгатора для каждого конкретного вида СВСНП, что не всегда под силу заводской лаборатории.

В связи с указанными недостатками, а так же в связи с очень жесткими современными требованиями к водной фазе после разложения СВСНП, как в России, так и за рубежом, реагентные методы на сегодняшний момент считаются малоперспективными.

Актуальность работы. СВСНП формируются при эксплуатации и обслуживании оборудования химических и нефтехимических предприятий. В связи со сложностью многокомпонентного состава, устойчивостью к воздействию микроорганизмов, а так же необходимостью разрушения стабильной структуры СВСНП, традиционные методы отстаивания, фильтрования и биологической очистки недостаточно эффективны, что приводит к попаданию их в природные водные экосистемы.

Использование мембранных технологий позволяют решить одновременно ряд проблем: получения чистой воды, пригодной для повторного использования в технических целях или отвода в естественные водоемы; сокращения затрат на размещения вредных отходов производства и создания малоотходного технологического процесса производства. Таким образом, усовершенствование процесса локальной очистки СВСНП с помощью метода ультрафильтрации позволит снизить техногенную нагрузку на окружающую среду, в частности, поверхностные водные объекты.

На основании вышеизложенного, актуальными становятся вопросы изыскания технологических решений, обеспечивающих минимизацию воздействия химических и нефтехимических производств на водные экосистемы.

Цель диссертационной работы - снижение антропогенной нагрузки СВСНП на природные водные объекты путем интенсификации стадии локальной очистки на ЗАО «Челныводоканал».

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1) мониторинг поступления СВСНП на ЗАО «Челныводоканал»;

2) анализ производительности и эффективности очистки модельных сточных вод СВ методом ультрафильтрации с использованием мембран, обработанных в потоке высокочастотной емкостной (ВЧЕ) плазмы пониженного давления;

3) разработка экспериментальной установки, выбор основных параметров процесса очистки маслосодержащих СВ с помощью плазменнообработанных ПЭС мембран;

4) разработка технологических и экологических аспектов процесса мембранной очистки СВСНП.

Методы исследования, используемые в работе, основаны на применении следующих приборов и оборудования:

• показатель ХПК определен с помощью автоматического анализатора марки «Т70» фирмы «МеИ1ег-То1еёо»;

• определение топографии поверхности и размеров пор используемых мембран проведено на сканирующем зондовом микроскопе «МиШМоёеУ» фирмы «Уеесо»;

• для выполнения рентгеноструктурного анализа использовался дифрак-тометр марки «RigakuUltimaIV»;

• измерение краевого угла смачивания проведено на аппарате марки «КгшзБЗА 20Е»;

• размеры частиц изучаемых эмульсий определены с помощью анализатора наночастиц марки «Ма1уегп7е1а812ег№по78»;

• диэлектрический спектрометр марки "1Чоуосоп1:го1сопсер1:-80" использован с целью определения диэлектрических свойств мембран;

• ИК-спектры сняты на ИК Фурье-спектрометре марки «Ауа1аг-360».

Научная новизна. Впервые исследован эффективный способ очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, с применением полиэфирсульфо-новых (ПЭС) мембран, модифицированных в потоке ВЧЕ плазмы пониженного давления.

Показано, что воздействие ВЧЕ плазмы пониженного давления приводит к изменению структуры поверхности ПЭС мембраны. В зависимости от вида применяемой газовой среды происходит гидрофилизация или гидрофо-бизация поверхности мембран.

Выявлено наличие изменений кристаллической структуры мембран в результате воздействия плазмы. Найдено, что в результате обработки в газовой среде пропана и бутана, аргона и азота степень кристалличности мембран увеличивается, при воздействии аргона и воздуха - уменьшается.

Практическая значимость. Проведены опытно-промышленные испытания по разделению СВСНП на основе применяемых в промышленности смазочно-охлаждающих жидкостей марок «Инкам-1», «Кампрол-3» и «Бора-мин» с использованием ультрафильтрационных и обратноосмотических мембран. Показано, что с помощью мембран достигается степень очистки фильтрата, позволяющая вторичное его использование.

Рассчитанный предотвращенный эколого-экономический эффект по сокращению сбросов СВСНП на ЗАО «Челныводоканал» в водные объекты (р. Кама) составил более 444 млн. руб/год. Предложен способ термического сжигания концентрата НП.

Результаты экспериментальных исследований используются в учебном курсе «Технология очистки сточных вод» при подготовке инженеров-экологов по специальности 280700.

Личный вклад автора. Проведение мониторинга поступления СВСНП на ЗАО «Челныводоканал», анализ методов очистки маслосодержащих СВ, экспериментальные исследований и обобщения полученных результатов. Разработка технологической блок-схемы очистки СВСНП на ЗАО «Челны-

водоканал», написание статей и других материалов по результатам исследований.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы на: Международной научно-практической конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009 г.); Международной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука - производству» (Набережные Челны, 2010 г.); 19 Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2010 г.); I Всероссийской научно-практической конференции (Казань, 2010 г.); Международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2010 г.);VI Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы безопасности в техносфере» (Улан-Удэ, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии». (Пенза, 2011 г.); II Международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (Тюмень, 2011 г.); Международной практической межотраслевой конференции «Химические решения для водо-оборотных систем промышленных предприятий» (Казань, 2011 г.); Международных научно-практических конференциях «III, IV Камские чтения» (Набережные Челны, 2011, 2012 г.); Международной научной практической конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (Казань, 2012 г.).

Публикации. Основные положения работы изложены в 18 научных публикациях, в числе которых 5 статей, 3 из которых в рецензируемых журналах перечня ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав, выводов и приложений, изложена на 141 страницы, включает 23 таблицы, 35 рисунков, список литературы содержит 106 наименований источников.

Публикации. Основные положения работы изложены в 18 научных публикациях, в числе которых 5 статей, 3 из которых в рецензируемых журналах перечня ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав, выводов и приложений, изложена на 140 страницы, включает 23 таблицы, 35 рисунков, список литературы содержит 106 наименований источников.

1.2 Методы очистки сточных вод, содержащие нефтепродукты

В практике очистки СВСНП нашли применение механические, физико-химические, биологические, химические и термические методы.

В тех случаях, когда требуется очистить СВСНП от масляной фазы, применяют деструктивные методы химического, термического и биологического разложения отработанных смазочно-охлаждающих растворов, а так же процессы сорбции, коагуляции и электрокоагуляции. Для очистки СВСНП непосредственно с целью дальнейшей регенерации, применяются методы флотации, фильтрования, отстаивания, магнитной и гидроциклонной сепарации, центрифугирования, а так же разделение при помощи мембран.

1.2.1. Механические методы очистки

Отстаивание. Выбор типа конструкции отстойников зависит от количества и состава производственных СВ, поступающих на очистку. В каждом конкретном случае выбор типа отстойников должен определяться в результате технико-экономического сравнения нескольких вариантов [7]. Для осаждения твердых частиц и отделения свободных масел в процессе очистки СВСНП могут быть использованы вертикальные, горизонтальные и радиальные отстойники [8].

Горизонтальные отстойники — прямоугольные резервуары глубиной от 1,5 до 4 м, длиной от 8 до 12 м с несколькими одновременно работающими отделениями шириной от 3 до 6 м, разделенные перегородками, с возможностью перетоков жидкости между ними. Горизонтальные отстойники рекомендуется применять при расходах СВСНП свыше 15000 м /сут. Степень очистки при этом составляет от 40 до 60 %[9].

Вертикальные отстойники — цилиндрические или прямоугольные резервуары с коническим днищем. СВСНП, поступающая в отстойник, движется вниз по центральной трубе, а затем вверх после отстоя к желобу для

слива к потребителю. Осаждение механических примесей происходит в восходящем потоке. Степень очистки на 10-25 % ниже, чем в горизонтальных отстойниках. Высота зоны осаждения составляет от 4 до 5 м [8].

Радиальные отстойники — обычно круглые резервуары диаметром до 10 м. Жидкость в них движется от центра к периферии, при этом скорость потока снижается. Радиальные отстойники применяют при расходах эмуль-

о

сий свыше 20000 м /сут. Рассматриваемые сооружения по сравнению с горизонтальными отстойниками имеют ряд преимуществ: простота и надежность эксплуатации. Недостаток - наличие подвижного механизма [10].

В практике эксплуатации вышеописанных очистных сооружений выявлены существенные недостатки, основными из которых являются затрудненный сбор всплывающих масел и накопившегося осадка, при этом эффективность очистки не превышает 60 % [11].

Фильтрование применяют для выделения из СВСНП грубо- и мелкодисперсных примесей. В зависимости от количества и характера последних, а так же расхода и требований к очищенной воде, применяют фильтры с фильтровальной перегородкой или зернистой загрузкой [9]. Данный метод может быть использован в качестве грубой предварительной очистки СВСНП от твердых частиц и частично от масляной фракции, в зависимости от типа загрузки [12].

Способы фильтрования эмульсий классифицируются на безнапорные, напорные и вакуумные. Безнапорное фильтрование под воздействием сил гравитации применяют при обеспечении невысоких требований к степени очистки СВСНП или при малых расходах последних. В процессе безнапорного фильтрования применяют сетчатые и бумажные фильтры с многоразовым или одноразовым фильтроматериалом, а также мешочные фильтры. Производительность безнапорных фильтров зависит от площади фильтрования, характеристик фильтровального материала, степени загрязненности, физико-химических свойств эмульсий и других факторов. Степень очистки составляет от 40 до 90 %.

Напорное и вакуумное фильтрование применяют при обеспечении высоких требований к очистке СВСНП. Напорное фильтрование под воздействием избыточного давления на фильтровальную перегородку используют при слабосжимаемых осадках. Фильтрование под воздействием вакуума, создаваемого под перегородкой в зоне очистки СВСНП, используют при силь-носжимаемых осадках [8].

Относительно высокая эффективность является несомненным преимуществом метода фильтрования, однако, вследствие необходимости периодической регенерации фильтрующего слоя, о чем свидетельствуют предельные потери напора или увеличение содержания загрязнений в профильтрованной воде, процесс становится менее оптимальным [11, 13].

Гидроциклонная сепарация. Для очистки СВСНП наиболее широкое применение получили напорный, открытый и многоярусный гидроциклоны [14], в которых разделение происходит в результате воздействия центробежных сил, вследствие вращательного движения потока создаются условия агломерации взвешенных частиц и, следовательно, их более интенсивному выделению [11].

Система гидроциклонной сепарации СВСНП состоит из одного, нескольких или батарей гидроциклонов. Струя СВСНП в виде суспензии подается под давлением через патрубок в цилиндроконическую часть, где получает вращательное движение. При вращении суспензии в гидроциклоне образуются два основных потока: внешний - нисходящий и внутренний - восходящий [15].

Центробежными силами твердые частицы примесей направляются к стенкам гидроциклона и вместе с небольшой частью жидкости (с нисходящим потоком) выводятся через шламовое отверстие. Основная часть очищенной жидкости, продолжая вращаться в восходящем потоке, направляется через сливной патрубок в магистраль дальнейшее обработки [8].

Преимуществами гидроциклонов является: высокая производительность, относительно низкая стоимость, отсутствие вращающихся механиз-

мов, средняя площадь занимаемого оборудования [7]. Недостатки гидроциклонов: быстрый износ, особенно при наличии абразивных частиц, невысокая эффективность, колебания показателей в зависимости от состава и содержания ВВ в исходной суспензии; не всегда возможно полное выделение частиц заданного размера, так как гидроциклон действует как пропорциональный разделитель [16].

Центрифугирование. Одним из интенсивных методов выделения не-растворенных примесей из СВСНП является центробежное осаждение, осуществляемое в центрифугах. Для их очистки от средне- и крупнодисперсных примесей (свыше 15 мкм) используют непрерывно действующие отстойные или осадительные шнековые центрифуги типа ОГШ, а для очистки СВСНП от мелкодисперсных примесей (до 10 мкм) - тарельчатые центрифуги-сепараторы.

Центрифуги могут быть двух-, трехпродуктовыми. т. е. отделять механические примеси, посторонние масла и водную фазу. Показатели эффективности работы последних определяются следующими параметрами: производительность - до 300 м /ч; коэффициент сепарации -от 10 до 60; частота вращения ротора - до 8000 мин"1 [8].

Разделяющая способность центрифуги начинает проявляться в области размеров частиц более 5 мкм; в диапазоне 5-7 мкм степень очистки составляет 16-17 %; 7-10 мкм - 24-25 %; 12-15 мкм - 45-47 %; 15-20 мкм - до 60 % [17].

Основными преимуществами метода является компактность установок, а так же отсутствие реагентов. Существенным недостатком метода является невысокая эффективность, не превышающая 60-70 % [7].

Магнитная сепарация. Для данного метода очистки используют барабанные и патронные магнитные сепараторы.

В барабанных магнитных сепараторах (БМС) СВСНП подаются через зазор между днищем сепаратора и барабаном в сливной патрубок. Магнит-

ный барабан захватывает ферромагнитные частицы при вращении по часовой стрелке, которые уплотняются с помощью валика.

По характеру движения патронов магнитные сепараторы подразделяют следующим образом:

- с непрерывным движением - цепные магнитные сепараторы (ЦМС);

- с периодическим движением - кассетные магнитные сепараторы (KMC).

Особенностью конструкции ЦМС являются форма цепного полотна и организация потоков СВ (вдоль или поперек магнитных патронов).

ЦМС целесообразно использовать в условиях, где существуют ограничения по площади, занимаемой установкой очистки СВСНП, а также при невозможности организации подвальной инфраструктуры. В последнем случае ЦМС не только очищает эмульсии от ферромагнитных примесей, но и транспортирует шлам из подвала на уровень первого этажа для последующего его удаления [8].

Невысокая производительность, низкая эффективность и плохая избирательность по отношению к твердому загрязнителю СВСНП является недостатком метода [18].

1.2.2. Физико-химические методы

Коагуляция и электрокоагуляция. Для очистки СВСНП могут быть использованы FeS04, Fe2(S04)3, FeCl3, CaO, A12(S04)3, А12(ОН)5С1, используемые индивидуально или в комбинации друг с другом. Под воздействием реагентов происходит разрушение двойного электрического слоя дисперсной системы эмульсии, вследствие чего происходит снижение электрокинетического потенциала рассматриваемых стоков [1].

Скорость гидролиза солей металлов пропорциональна концентрации катионов металла. Поскольку концентрация вводимого в воду коагулянта обычно невелика, можно считать, что скорость гидролиза коагулянта прямо пропорциональна его концентрации или дозе, вводимой в воду. С повышени-

ем температуры скорость гидролиза возрастает примерно в 2 раза на каждые 10 °С [19].

Образующийся в результате обработки воды коагулянтами осадок представляет собой хлопья неправильной формы с рыхлой сетчатой структурой и размерами от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Влажность осадка составляет 96-99 %. Объемная масса- 0,01-1,03 г/см3, а в случае наличия в СВСНП значительных количеств микрогетерогенных примесей увеличивается до 1,05-1,2 г/см3 [9].

К недостаткам метода относится высокая стоимость процесса, затраты на реагенты составляют от 30 до 70 % всех эксплуатационных затрат, большая площадь, занимаемая оборудованием, а так же необходимость наличия реагентного хозяйства [15].

Сущность электрокоагуляции заключается в деструкции СВСНП и коагуляции эмульгированных масел под действием продуктов электрохимического растворения алюминиевых анодов и флотации коагулята молекулярным водородом, выделяющимся на катодах [1].

Благоприятные условия для процесса электрокоагуляции создаются при

л

плотности силы постоянного тока I = 100-120 А/м , напряжение на электроде и = 6-12 В, межэлектродного зазора 8 = 10-20 мм и рН = 3-5. При малом межэлектродном зазоре электрод быстро засаливается, а при большом - падает производительность разложения СВСНП. Чем меньше рН, тем быстрее растворяются аноды, однако при этом возникает опасность пассивации электродов, что приводит к снижению производительности электрокоагуляции. С целью снижения пассивации электродов и уменьшения их расхода предлагается периодически изменять полярность тока в зависимости от его плотности. Правильный выбор материала электродов также влияет на эффективность электрокоагуляции. Использование алюминиевых электродов предпочтительнее, чем железных, расход в 3 раза меньше [20].

Недостатки метода - энергоёмкость, значительный расход металлических электродов, образование оксидных пленок, засорение межэлектродного про-

странства продуктами разложения. При электролизе с воздухом происходит образование взрывоопасных смесей с водородом, что требует применения специальных вентиляционных систем, что удорожает стоимость установки [21].

Флотация. Процесс очистки СВ методом флотации заключается в образовании комплексов «частица — пузырек», их всплывании и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой воды. Прилипание частиц загрязнений к поверхности газового пузырька возможно при несмачивании или плохом смачивании частицы данной жидкостью [7].

Наиболее эффективное удаление загрязнений достигается при соизмеримых размерах извлекаемых частиц и пузырьков воздуха и равномерном распределении последних во всем объеме жидкости, а также достаточной стабильности частиц. Расход воздуха и размер пузырьков зависят от технологической схемы флотации и способов насыщения СВ воздухом [10].

Эффективность флотационной очистки СВСНП зависит от размера и количества пузырьков воздуха. Оптимальный размер пузырька составляет от 1 до 30 мкм. Для флотации требуется высокая степень насыщения стокавоз-духом — от 0,01 до 0,05 объема жидкости. Вес частицы не должен превышать силу прилипания частицы к пузырьку и подъемную силу пузырька [11]. Используют три способа флотации эмульсии:

- с выделением воздуха из жидкости — напорные, эжекционные вакуумные и эрлифтные установки. Флотация с выделением воздуха из жидкости заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в эмульсии. При уменьшении давления из последней выделяются пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнение;

- с механическим диспергированием воздуха — импеллерные пневматические и безнапорные установки;

- с подачей воздуха через пористые материалы — пневматические установки.

Производительность флотационных установок составляет от 5 до

л __"3

2000 м /ч.При производительности до 100 м /ч используют горизонтальные,

л

а свыше 100 м /ч —радиальные флотаторы.

Аппараты флотации позволяют очищать СВСНП с концентрацией механических примесей и «инородных» масел до 5 г/дм3, имеют простую конструкцию и надежны в эксплуатации, что является преимуществами данного метода [8].

Основными недостатками флотационных процессов является затрудненный сбор всплывающей на поверхность фазы загрязнения, а так же низкая степень очистки процесса. Эффективность можно увеличить применением коагулянтов (в виде растворов сернокислого алюминия и железа) и фло-кулянтов (поливиниловый спирт, полиакриламид, полиэтиленоксид), которые значительно интенсифицируют процесс, но, в то же время, делают его более сложным и дорогим [22].

Адсорбция. Широко распространенным методом очистки СВСНП является адсорбция. Данное обстоятельство связано с возможностью очищать до любого требуемого уровня без внесения в воду каких-либо вторичных загрязнений. Под адсорбцией в данном случае понимают сгущение, уплотнение масел на поверхности твердого тела [11].

В качестве сорбционных материалов используют пористые, природные и искусственные материалы. Промышленные сорбенты должны соответствовать следующим показателям, в числе которых истирание, сорбционная емкость, площадь удельной поверхности, размер пор и др. Для очистки СВ от НП используются, в частности, полимерный адсорбент - сополимер диви-нилбензола и стирола [23];гранулы торфа, опилки, древесные стружки и другие материалы [24].

Наиболее часто применяемым сорбентом является гранулированный активный уголь с размерами частиц более 0,1 мм, состоящий преимущественно из углерода. Для получения активного угля исходным сырьем служат практически любые углерод содержащие материалы: уголь, торф, лигнин, древесина и др. [25].

Применение метода адсорбции в процессе очистке СВСНП характеризуется следующими недостатками: процесс изготовления большинства сор-

бентов сложный и длительный, поэтому их стоимость в нашей стране и за рубежом значительна, так, например, цена 1 т активированного угля составляет от 50 до 100 тыс. рублей (в ценах 2012 г.). Данное обстоятельство приводит к необходимости многократного применения углей. Кроме того, активированные угли обладают невысокой сорбционной способностью по отношению к НП и минеральным маслам [26].

1.2.3. Окислительные методы

Термическое окисление. Температуры сгорания СВСНП и мазута практически одинаковы. Отмечено отсутствие срывов горения, уменьшение шума, снижение выброса в атмосферу С02 и сажи, а также увеличение полноты сгорания топлива и, как следствие, некоторое увеличение КПД котлов сжигания. Последнее обстоятельство обусловлено интенсификацией процесса сгорания за счет дополнительного дефрагментации капель и возможностью работы котлов с меньшими коэффициентами избытка воздуха (1,04-1,07) [27].

Основным недостатком рассматриваемого метода является безвозвратная потеря воды и дополнительный расход топлива. Рекомендуемые верхние границы производительности по утилизируемым стокам оценивается в 5-8 м /ч. При сжигании топлива образуются ЫОх и другие поллютанты, загрязняющие атмосферу [21].

Биологическое окисление. На предприятиях химического и нефтехимического профиля широко применяется аэробная очистка, осуществляемая в аэротенках или биофильтрах. Биохимический аэробный распад поллютантов осуществляется микроорганизмами активного ила, нуждающимися в растворенном молекулярном 02. Активный ил - биоценоз микроорганизмов, с помощью которого происходит разложение (окисление или восстановление) загрязняющих СВ веществ.

Биохимическое разложение НП микроорганизмами в естественных условиях происходит очень медленно, зачастую в течение десятилетий. Поэтому интенсификация естественных процессов биологической деградации НП путем культивирования различных штаммов микроорганизмов, употребляющих нефть и НП, является в настоящее время наиболее перспективным методом очистки [28].

К процессу аэробной очистки предъявляются определенные требования относительно, например, содержания солей тяжелых металлов. Превышение допустимых значений концентраций токсикантов приводит к отмиранию микроорганизмов и к выводу из строя очистных сооружений. Необходимыми оптимальными условиями очистки СВСНП является доведение pH до нейтральных значений в процессе нейтрализации СВСНП известковым молоком; добавление биогенных элементов (соединения азота, фосфора, калия), а также поддержание температуры в пределах 20-28 °С. Допустимая начальная концентрация по НП - до 100 мг/дм , содержание ВВ не должно превышать 150 г/м3 [29].

Разложение СВСНП под воздействием микроорганизмов, происходит в несколько стадий с образованием ряда интермедиатов. Непредельные углеводороды (УВ) первоначально окисляются до вторичных спиртов и кетонов с последующим образованием соответствующих кислот.

Смесь культур микроорганизмов с различными типами метаболизмов более полно и интенсивно разлагает поллютанты сложного химического состава, чем отдельные чистые культуры. Разнообразие химической структуры УВ, входящих в состав СВСНП, требует применения различных видов микроорганизмов для их деструкции. Смешенная культура микроорганизмов для разложения УВ маслосодержащих СВ, в основном, представлена следующими микроорганизмами: бактерии родов Arthrobacter, Aeromonas, Bacillus, Flavobacte-rium, Nocardia, Citrobacter, Pseudomonas; микромицеты родов РешсШшти Aspergillus [21].

Достоинствами рассматриваемого метода является значительная эффективность процесса относительно растительных и животных жиров, но не синтетических, так как считается, что окисление веществ, которым нет аналогов в природе, микроорганизмами не происходит [11]. Кроме того, существует ряд и других недостатков: необходимость поддержания постоянных условий процесса очистки (начальная концентрация загрязняющих веществ, рН и температура), сезонность работы очистных сооружений, а так же большая площадь, занимаемая оборудованием [30].

Химическое окисление. В практике очистки СВСНП широко применяются методы химического окисления. В качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха [7].

В НИИНП «Магма» проведены исследования обработки отработанной эмульсии марки «Укринол-1» с использованием хлора, гипохлорита натрия, перекиси водорода и озона. Найдено, что более приемлемым оказалось применение озона. Показано, что в процессе озонирования одновременно происходит окисление примесей, дезодорация и обеззараживание СВ.

Сотрудниками Харьковского политехнического института проведены исследования по озонированию СВСНП до и после электрокоагуляции. ХПК ис-

л

ходных проб изменялась в диапазоне от 0,18 до 10 г 02/дм , содержание озона в воздухе - 21-97 мг дм . При 5-10 минутной обработке озоном ХПК СВСНП снижалась на 20-30 %, а воды после электрокоагуляционной установки - на 3040 %.

Анализ показывает, что в процессе обезвреживания СВСНП озонирование целесообразно применять лишь для доочистки (например, после коагуляции, флотации, электрокоагуляции) [21].

В HI 111 «Экопрогресс» исследовалось разложение СВСНП минеральными кислотами - серной, соляной, азотной. Исследования показали, что наиболее эффективно применение серной кислоты и расход последней зави-

3 3

сит от физико-химических свойств СВСНП и составляет 10-15 дм /м [4].

Технологически несложное оформление процесса является основным достоинством. Использование химически агрессивных и токсичных окислителей является существенным недостатком метода [15].

1.3 Мембранные технологии 1.3.1 Введение в мембранные технологии

Мембранные процессы, как метод разделения, являются достаточно новыми. Так, ещё 40 лет назад, мембранная фильтрация не рассматривалась как технически важный процесс разделения. Сегодня мембранные процессы используются широко и сфера их применения постоянно расширяется.

Существует много мембранных процессов, базирующихся на различных принципах разделения или механизмах и применимых для разделения объектов разных размеров — от частиц до молекул. Несмотря на эти различия, все мембранные процессы имеют нечто общее, а именно мембрану, которая рассматривается как селективный барьер между двумя фазами, причем термин «селективный» может относиться как к мембранам, так и к мембранным процессам. Схематическое представление мембранного процесса дано на рисунке 1.1.

Сырье

Модуль

Концентрат -►

Фильтрат

Рисунок 1.1- Схема мембранного процесса.

Сырьевой поток под действием движущей силы разделяется на проникшей через мембрану фильтрат и оставшийся после этого концентрат.

Если цель процесса - концентрирование, целевым потоком является концентрат. Однако, в случае очистки, как концентрат, так и фильтрат могут

выступать в качестве целевых продуктов в зависимости от примесей, которые должны быть отделены.

Эффективность работы мембран определяются двумя параметрами: её селективностью и потоком через нее. Последний обозначается как скорость массопереноса, определяется как объём, протекающий через единицу площади мембраны в единицу времени.

Селективность мембраны для разбавленных водных смесей по отношению к растворенному компоненту выражается параметром задержания (Я), который определяется соотношением:

сг-ср с

= <1Л>

где Cf - концентрация растворенного вещества в сырье, Ср - концентрация растворенного вещества в фильтрате. Величина Я изменяется от 100 % (полное задержание растворенного вещества) до 0 % (растворенное вещество и растворитель проходят свободно).

Мембрана способна пропускать один компонент быстрее, чем другой, из-за различий ее физических и (или) химических свойств и компонентов разделяемой смеси. Массоперенос является результатом воздействия движущих сил на индивидуальный компонент в сырьевой смеси. Во многих случаях скорость массопереноса через мембрану пропорциональна движущей силе, то есть связь потоков и сил может описана феноменологическим линейным уравнением:

] = (1.2)

где А - феноменологический коэффициент, (ёХ/ёх) - движущая сила.

В роли феноменологического коэффициента, связывающего потоки и силы, могут выступать коэффициент диффузии (Э, закон Фика), коэффициент проницаемости (Ьр, закон Дарси), коэффициент теплопроводности (а, закон Фурье), кинематическая вязкость (V = г|/р, закон Ньютона) и удельная электропроводность (1/Я, закон Ома) [31].

Кроме движущей силы есть еще один фактор, определяющий селективность и поток через мембрану. Фактически природа, структура и материал последней определяют область применения - от разделения микроскопических частиц до разделения молекул, идентичных по размеру или форме [32].

1.3.2 Классификация мембран

Все существующие мембраны разделяются на два больших класса -биологические и синтетические. Биологические мембраны подразделяются на мембраны живых организмов и мембраны, способные функционировать вне организма. Первые созданы для жизни на земле, ко второму типу относиться липосомы и везикулы фосфолипидов, играющие все более важную роль для медицины и медицинской биологии.

Синтетические мембраны подразделяются на органические и неорганические. В свою очередь, органические мембраны делятся на гидрофильные и гидрофобные.

К гидрофобным относятся мембраны, выполненные из следующих полимеров: политетрафторэтилен, поливинилденфторид, полипропилен. К гидрофильным материалам относятся поликарбонаты, полисуль-фон/полиэфирсульфон, полиимид/полиэфиримид, полиамид [31].

Основными материалами неорганических мембран являются стекло, металлы и керамика [31]. Особые успехи в изучении и применении последних отмечаются в литературе [33-36].

Другой способ классификации мембран - по морфологии или по структуре, также очень наглядный, поскольку последние определяют механизм разделения и, следовательно, применения. Если же ограничиться твердыми синтетическими мембранами, то можно выделить два типа, а именно, симметричные и асимметричные.

Толщина симметричных мембран (пористых и непористых) лежит в пределах от 10 до 200 мкм, причем сопротивление массопереносу определя-

ется общей толщиной. Уменьшение последней приводит к увеличению скорости массопереноса.

Асимметричные мембраны состоят из очень плотного поверхностного слоя или покрытия толщиной от 0,1 до 5 мкм, лежащего на пористой подложке толщиной от 50 до 150 мкм. Эти мембраны сочетают высокую селективность с высокой скоростью массопереноса. Сопротивление массоперено-су определяется в большей степени или полностью тонким поверхностным слоем. Также можно получить композиционную мембрану, которая фактически является асимметричной мембраной с покрытием из другого материала. Поскольку в композиционной мембране поверхностный слой и подложка созданы из различных полимерных материалов, каждый такой слой может быть оптимизирован независимо друг от друга [31].

1.3.3. Требования, предъявляемые к мембранам

Из многочисленных требований к мембранам целесообразно выделить несколько общих, характерных для всех типов: -высокая селективность; -высокая производительность;

-химическая стабильность по отношения к разделяемой среде;

-термическая стабильность;

-механическая стабильность;

-постоянство эксплуатационных характеристик;

-низкая стоимость.

Наиболее важными характеристиками мембран является их селективность и производительность, определяющие область применения последних. Химическая, термическая и механическая стабильность обуславливают такие режимные параметры работы мембранных систем как давление, температура, рН, концентрация компонентов в разделяемой среде [31].

Стабильность свойств мембраны во времени является важнейшим услови-

ем в тех случаях, когда она используется в аппаратах, предназначенных для длительной эксплуатации (в том числе установках очистки воды). Низкая стоимость мембраны приобретает особое значение, когда требуется частая смена последних. В первую очередь, данное обстоятельство относится к мембранам для гемодиализа, холодной стерилизации биопрепаратов и т.д [21].

1.3.4 Конструкции мембранных модулей

Сама по себе мембрана использована быть не может. Для промышленного применения последние укладываются определённым образом и фиксируются в устройствах различной конструкции, что в совокупности образует мембранный модуль.

В мембранной технологии термин модуль (элемент)используется для описания агрегата, состоящего из мембраны, устройства для поддержания рабочих параметров в аппарате, каналов для ввода питающего потока и вывода фильтрата, концентрата и других дополнительных устройств. Среди основных типов мембранных модулей, использующихся для очистки СВ, можно отметить следующие: трубчатые, половолоконные, рулонные и плоскопараллельные.

Устройство трубчатых модулей (рис. 1.2) определяется конструкцией комплектующих их мембранных элементов, состоящих из мембраны и дренажного каркаса. Последний изготовляют из стеклопластиковой, углепла-стиковой трубки, являющейся опорой для мембранного элемента и обеспечивающей отвод фильтрата, и микропористой подложки, исключающей вдавливание мембраны в дренажные каналы трубки под воздействием рабочего давления разделяемой смеси. Здесь используется режим тангенциальной фильтрации.

Подобные модули, в основном, используются для очистки воды с сильным загрязнением твердыми частицами. Трубчатые модули легко очищаются, что осуществляется посредством циркуляции химических реагентов.

Трубчатые модули имеют низкую производительность при больших объёмах и, как правило, являются дорогостоящими.

Половолоконные мембранные модули могут состоять из сотен или тысяч полых волокон (рис. 1.3).

Рисунок 1.2 - Трубчатый мембранный элемент разработки НПО «Полимер-синтез»: 1 - мембрана; 2 - дренажный каркас; 3 - эпоксидная обойма; 4 - прижимное кольцо.

Внутри корпуса аппарата (поз. 1), снабженного штуцерами для подачи исходного раствора, отвода фильтрата и концентрата, устанавливается пучок полых волокон (поз. 5), который собран с помощью спирально навитой нити (поз. 4),обеспечивающей одновременно необходимый зазор между отдельными волокнами, что улучшает распределение раствора в пучке (поз. 5). В аппарате данной конструкции разделяемую жидкость можно прокачивать как вдоль наружной поверхности полых волокон, так и по их капиллярным каналам.

Аппараты с мембранными элементами в виде полых волокон, образующих один пучок, имеют низкую материалоемкость. Однако недостаточная интенсивность перемешивания разделяемого раствора в аппаратах и жесткое

крепление полых волокон в перемычках трубных решеток не позволяют использовать их для обработки растворов, содержащих взвешенные частицы.

Пшрмеат Исходный раствор Концентрат Пермеот

Рисунок 1.3 - Схема аппарата с одним пучком полых волокон:

1 - корпус; 2 - сборник фильтрата; 3 - перемычка; 4 - спиральная нить; 5 - волокно.

Рулонные модули образуются из нескольких пакетов, каждый из которых состоит из двух плоских прямоугольных мембран в виде «сэндвича» с рабочей поверхностью, обращенной наружу, и склеенных по трем сторонам прямоугольника (рис. 1.4).

Внутри такого двухмембранного пакета помещается материал, который имеет каналы для стока фильтрата - дренаж. Открытый край пакета примыкает к трубке, отводящей фильтрат, в которой предварительно проделаны отверстия. Пластмассовая сетка служит в качестве перегородки, отделяющей один пакет от другого, и обеспечивает необходимую турбулизацию фильтруемого потока. Мембранные пакеты вместе с пластмассовой сеткой накручивают на трубку, служащую для отвода фильтрата, и получают цилиндрическую упаковку, которую затем фиксируют, обматывая липкой лентой. Раствор питания вводят в открытый конец элемента. Далее, обтекая сетку, раствор проходит параллельно трубке и доходит до другого открытого конца.

При этом часть водного потока (фильтрат) проникает через мембрану и стекает по дренажному материалу 2, отводится через центральную трубку.

Филы

3

2

Рисунок 1.4 - Схема работы рулонного мембранного элемента: 1 - мембрана;

скопараллельном модуле, однако сильно зависит от высоты канала, который в свою очередь определяется характеристиками дренажных прокладок по обе стороны мембраны. Обычно несколько рулонных модулей собирают в один сосуд высокого давления, где они соединяются последовательно центральным коллектором фильтрата.

Наиболее часто в рулонных мембранных элементах используются тонкопленочные композитные материалы.

Плоскопараллельные мембранные модули состоят из серии плоских мембранных листов, между которыми расположен плоский пористый лист дренажа и поддерживающих пластин (рис 1.5). Вода, подлежащая очистке, проходит между двумя прилегающими друг к другу мембранами. Пластины поддерживают последние и обеспечивают наличие канала, через который фильтрат выходит из модуля. Плоскопараллельная конфигурация наиболее часто используется в модулях для электродиализа.

2 - дренаж; 3 - турбулизатор.

2 3

Плотность упаковки в таком модуле (300-1000 м /м ) больше, чем в пло-

С точки зрения физико-механических свойств мембранные модули могут быть двух типов: бесподложечные, т. е. состоящие только из одной полимерной пленки, и подложечные.

Расстояние между соседними мембранными элементами (межмембранное пространство - канал, по которому протекает исходный раствор) невелико, в пределах 0,5-5 мм. Разделяемый раствор последовательно проходит между всеми мембранными элементами, концентрируется и удаляется из аппарата. Часть раствора проходит через мембрану (фильтрат).

Аппараты с плоскими мембранными элементами выпускают в различных модификациях: корпусные и бескорпусные, с центральным и периферийным выводом фильтрата, с общим отводом последнего, либо с отводом отдельно из каждого элемента.По форме мембранные элементы изготовляют круглыми (эллиптическими), прямоугольными или квадратными.

Сравнительно высокие капитальные и эксплуатационные затраты при использовании плоскопараллельных элементов частично компенсируются за счет возможности замены мембран и универсальности применения.В настоящее время появились плоскопараллельные элементы одноразового применения - кассетные модули.

Рисунок 1.5 - Кассетный мембранный элемент: 1 - мембрана; 2 - дренаж.

Сточная

По сравнению с традиционной конструкцией мембрана в них не подлежит замене, при этом кассетные модули более компактны и значительно удобнее при эксплуатации мембранных установок [37].

1.3.5 Процессы мембранного разделения

Мембранные методы позволяют реализовать широкий спектр процессов разделения, причем для решения различных задач требуются мембраны различного типа и с разнообразными структурами. Перенос через последнюю имеет место при наложении движущей силы, действующей на компоненты. В большинстве мембранных процессов движущей силой является разность концентраций (Ас), давлений (АР) или температуры (АТ) по обе стороны фильтрующего элемента. Иным типом движущей силы является разность электрического потенциала (ЛЦ). Но данная движущая сила влияет лишь на транспорт заряженных частиц или молекул. Все мембранные процессы можно классифицировать в соответствии с движущими силами. Такая классификация приведена в таблице 1.1.

Электродиализ — мембранный процесс, в котором движущая сила массопереноса поддерживается разностью электрических потенциалов. Указанный процесс может быть использован только тогда, когда в разделяемой среде присутствуют заряженные молекулы [31].

Электроосмос - движение жидкости через капилляры или пористые диафрагмы при наложении внешнего электрического поля. Электроосмос -одно из основных электрокинетических явлений и используется для удаления избыточной влаги из почв при прокладке транспортных магистралей и гидротехническом строительстве, для сушки торфа, а также для очистки воды, технических жидкостей и т.д. [38].

Такие процессы, как первапорация, разделение с помощью жидких мембран и газоразделение, часто называют мембранными процессами второго поколения.

Таблица 1.1- Движущие силы мембранных процессов

Мембранный процесс Движущая сила Фильтрат Концентрат

Микрофильтрация АР жидкость жидкость

Ультрафильтрация АР жидкость жидкость

Нанофильтрация АР жидкость жидкость

Обратный осмос АР жидкость жидкость

Пьезодиализ AP/AU жидкость жидкость

Жидкие мембраны Ас жидкость жидкость

Газоразделение Ас газ газ

Мембранная дистилляция АТ/Ар жидкость газ

Термоосмос AT жидкость жидкость

Электроосмос AU жидкость жидкость

Электродиализ AU жидкость жидкость

Первапорация - мембранный процесс, в котором существует фазовый переход от жидкости в сырьевой фазе к пару в фильтрате. Следовательно, в аппарат должно подводиться тепло, по крайней мере, равное теплоте испаре- ' ния проникающего продукта. Первапорация, в основном, используется для обезвоживания органических смесей.

Два взаимосвязанных фазовых перехода имеют место и при мембранной дистилляции. В этом случае два водных раствора при различных температурах разделены микропористой гидрофобной мембраной и поэтому в порах фильтровального элемента от теплой до холодной стороны имеет место разность парциальных давлений, определяемая разностью температур. Раствор может не смачивать мембрану. Испарение происходит на высокотемпературной стороне, в то время как конденсация пара - на низкотемпературной стороне. Мембранная дистилляция может быть использована для концентрирования водных растворов.

Когда движущей силой массопереноса служит разность концентраций с разных сторон гомогенной мембраны, процесс называется диализом. Наиболее важное применение последнего — в области медицины для лечения пациентов с почечной недостаточностью. Перенос осуществляется с помощью диффузии, а разделение достигается благодаря различной скорости последней из-за различия молекулярных масс [31].

В мембранных процессах, описанных ранее, используются твердые (полимерные или в некоторых случаях керамические, либо стеклянные) мембраны. Разделение может также достигаться при массопереносе через жидкую пленку, в которой один из компонентов растворим и переносится с помощью пассивной диффузии. Данный процесс часто усиливается добавлением растворимого специфического переносчика, который способствует переносу. Жидким мембранам сегодня уделяется большое внимание, поскольку с их помощью могут быть решены весьма специфические проблемы [39].

В тех случаях, когда необходимо разделение газовых смесей, осушка или очистка газа от посторонних примесей применяется процесс газоразделения с применением композиционных мембран из эластомеров или стеклообразного полимера. В промышленности рассматриваемый метод нашел применение при очистке природного газа от сероводорода и диоксида углерода, выделения водорода и гелия, азота и кислорода, а так же отделение диоксида серы из дымовых газов.

Существует также ряд мембранных процессов, которые используются очень ограниченно или вообще не вызывают экономического интереса, например, пьезодиализ и термоосмос.

Для осуществления пьезодиализа используются так называемые мозаичные мембраны. К ним относятся ионообменные мембраны, имеющие как катионообменные, так анионообменные группы. Принцип пьезодиализа продемонстрирован в лаборатории и пока не использовался в промышленном масштабе. Данный метод может быть использован для концентрирования солей.

Термоосмос - процесс, в котором пористая или непористая мембрана разделяет две фазы, различающиеся по температуре. Вследствие разности температур возникает объемный поток от более нагретой к более охлажденной стороне, сохраняющийся до установления термодинамического равновесия.

Несмотря на большое многообразие мембранных процессов, наибольшее применение в промышленности нашли баромембранные технологии [31].

1.3.6 Баромембранные технологии

Таблица 1.2 - Характеристики баромембранных процессов [40]

Размер пор, нм Размер удаляемых молекул, Да Рабо- Мембранные элементы

Мембранный процесс чее давление, бар Материал Конфигурация

Полипропилен, Рулонные, по-

Микрофильт- 10010000 >100000 <2 акрилонитрил, полиэфирсуль- ловолоконные, плоскопарал-

рация фон, фторопласт, керамика лельные, трубчатые

Ацетат целлю-

лозы, аромати- Рулонные, по-

Ультра- 2- 2000- 1-7 ческие полиами- ловолоконные,

фильтрация 100 100000 ды, полиэфир-сульфон, керамика плоскопараллельные

Ацетат целлю-

Нанофиль-трация 1 - 10 500 -2000 4-20 лозы, ароматические полиамиды, полиэфир-сульфон Рулонные, по-ловолоконные

Ацетат целлю-

Обратный осмос 0,1 -2 100 - 500 15-70 лозы, ароматические полиамиды Рулонные, по-ловолоконные

Для концентрирования или очистки разбавленных (водных) растворов широко используется мембранные процессы, осуществляемые под действием перепада давления, или баромембранные процессы.

1.3.6.1 Микрофильтрация

Микрофильтрация - мембранный процесс в наибольшей степени близкий к обычной фильтрации. Размеры пор микрофильтрационных мембран варьируют от 10 до 0,1 мкм, что позволяет использовать процесс для отделения частиц суспензий и эмульсий при рабочем давлении менее 2 атм.

Поток через мембрану (I) прямо пропорционален приложенному давлению:

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Батыршин, Разин Тагирович

Выводы

1. Проведены лабораторные исследования очистки модельных вод на базе индустриальных масел марок «И-20А» и «И-40А», стабилизированных ПАВ марки «Неонол АФ 9-6», «Неонол АФ 9-10», а так же СВСНП на основе эмульсий марок «Инкам-1», «Борамин», «Кампрол-3» с помощью ПЭС мембран, обработанных в потоке ВЧЕ низкотемпературной плазмы пониженного давления.

2. Определены параметры плазмообработки, при которых достигается наибольшие значения производительности и эффективности очистки модельных вод, содержащих нефтепродукты, ПЭС мембранами с различным диаметром пор.

3. Показано, что в процессе обработки ВЧЕ плазмой пониженного давления в среде аргона и азота, аргона и воздуха происходит гидрофилизация поверхности мембраны, что способствует увеличению эффективности очистки от НП. Плазмообработка в потоке пропана и бутана приводит к гидрофобизации поверхности.

4. Выявлено, что в результате плазмообработки происходит изменение кристаллической структуры мембран без изменения химической структуры.

5. Проведены промышленные испытания ультрафильтрационной и обрат-ноосмотической очистки промышленных маслосодержащих СВ на базе марок «Инкам-1», «Борамин» и «Кампрол-3», показавших высокую эффективность предлагаемого метода.

6. Рассчитанный предотвращенный экологический эффект по устранению экологического ущерба, связанного с ликвидацией попадания СВСНП в р.Кама составил более 444 млн. руб/год.

7. Предложено утилизировать концентрат НП после мембранной очистки сжиганием с получением вторичного тепла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Батыршин, Разин Тагирович, 2013 год

Список используемых источников

1. Смирнов Д. Н. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов/ Д. Н. Смирнов, В. Е.Генкин. - М.: Металлургия, 1989. - 224 с.

2. Смазочно-охлаждающие жидкости [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.astinru.ru/catalog/mstrument/SOG/, свободный.

3. Очистка и разложение СОЖ [Электронный ресурс]. - Режим досту-na:http://lubrication.narod.ru/purif_division.html, свободный.

4. Варламова С.И. Технология обезвреживания отработанных смазочно-охлаждающих масел/С.И. Варламова//Экология и промышленность России. -2005,-№5. -С. 22-24.

5. Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов контроля вредных веществ в объектах окружающей природной среды. - М.: Искусство, 1991.- 370 с.

6. Варламова С.И. Обезвреживание СОЖ/С.И. Варламова, Е.С. Кли-мов//Химия и химическая технология. - 2005. - № 3. - С. 123.

7. Яковлев C.B. Очистка производственных сточных вод/С.В. Яковлев, Я.А. Карелин. - М.: Стройиздат, 1985. - 335 с.

8. ГОСТ Р 52237-2004 - Чистота промышленная. Методы очистки смазочно-охлаждающей жидкости от механических примесей. Общие положения. -М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 14 с.

9. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности/В. А. Проскуряков, Л.И. Шмидт. - Л.: Химия, 1977. - 484 с.

10. Тимонин A.C. Инженерно-экологический справочник/ A.C. Тимонин. -Калуга: Издательство И. Бочкаревой, 2003. - 884 с.

11. Пономарев В.Г. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов/ В.Г. Пономарев, Э.Г. Иоакимис, И.Л. Монгайт. - М.: Химия, 1985. - 256 с.

12. Bremer Karl-Gunter. Verfahren zum Reinigen von Kuhlschmierstoffen/ Bremer// Karl-Gunter FILTER WEKR MANN+HUMMEL GMBH. № 19946391 Germany: Заявл. 28.09.1999. Опубл. 29.03.2001.

13. Очистка сточных вод от минеральных масел и нефтепродуктов. Методы и сооружения. Эффективность и рамки применимости: круглый стол. Заседание второе / Вода и экология. - 2003. - № 3. - С. 33-46.

14. Скирдов И.В., Пономарев В.Г. Очистка СВ в гидроциклонах/ И.В. Скирдов, В.Г. Пономарев. - М.: Стройиздат, 1975. - 176 с.

15. Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды/Н.С. Торочеш-ников, А.И. Родионов, Н.В. Кельцев, В.Н. Клушин. - М.: Химия, 1981. - 368 с.

16. Осветление воды в гидроциклонах [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://airheating.ru/spravochnik/kommunalnoe_vodosnabzhenie/ osvetlenie_vody_v_gidrotsiklonakh/, свободный.

17. Дмитриев Е.А. К использованию совмещенного мембранно-десорбционного процесса для регенерации минеральных масел/Е.А. Дмитриев, А.М. Трушин, Т. В. Прохорова//Химическая промышленность сегодня. -2005,-№6.-С. 7-10.

18.Оборудование для магнитной сепарации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://stroy-technics.ru/article/oborudovanie-dlya-magnitnoi-separatsii, свободный.

19. Когановский А.М. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении/ А.М. Когановский. — М.: Химия, 1983.—288 с.

20. Манцев А.И. Очистка сточных вод флотацией/ А.И. Манцев. - Киев: Бу-дивельник, 1983. - 132 с.

21. Храмова И.А. Экологические и технологические аспекты применения мембранного метода для обезвреживания отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей: Дис. ... канд. техн. наук/ КНИГУ, - Казань, 2011. -186 с.

22. Copalratnam N.C. The simultaneous removal industrial waste water by joint precipitation and air / N.C. Copalratnam, G.F. Mennett, R.W. Peters // Bull, Environmental Process. - 1988. - V. 7, -№ 2. - P. 84-92.

23. Романова О.Н. Исследование и разработка метода ультрафильтрации для очистки нефтесодержащих сточных вод: Дис. ... канд. техн. наук/ МГСУ. -Москва, 2006. - 150 с.

24. Павлик П.Е. Сорбент для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды/ П.Е. Павлик, А.Д. Бочманов //14 Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. - 1989. - Т. 2. - С. 444.

25. Тимошенко М.Н. Применение активных углей в технологии очистки воды и сточных вод/ М.Н. Тимошенко, H.A. Клеменко // Химия и технология воды. - 1990. - Т. 12. - № 8. - С. 727-738.

26.Чистова, J1.P. Удаление нефтепродуктов из сточных вод / JI.P. Чистова // Водоснабжение и санитарная техника. - 1988. - № 8 . - С. 22-23.

27. Иванов В.И. Топливные эмульсии и суспензии/ В.И. Иванов, В.В. Канторович. -М.: Металлургиздат, 1963. - 183 с.

28. Варежкин Ю.М. Методы интенсификации процесса биологической очистки сточных вод/ Ю.М. Варежкин, А.И. Михайлова, A.M. Терентьев Обзор информ. Сер. «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов». - М.:НИИТЭХИМ, 1987. - 33 с.

29. Костюк В.И. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий/ В.И. Костюк, Г.С. Карнаух. - Киев: «Техника», 1990. - 118 с.

30. Байкова С.А. Глубокая очистка малоконцентрированных по нефтепродуктам сточных вод фильтрованием: Автореф. дисс. ... канд. техн. ндщаук. -М., 1988.-23 с.

31. Мулдер М. Введение в мембранную технологию /М. Мулдер; пер. с англ. под ред. Ю. П. Ямпольского. - М.: Мир, 1999. - 513 с.

32. Ни В. Influence of membrane material and corrugation and process conditions on emulsion microfiltration/B. Ни, К. Scottb//Membr. Sei. - 2007. - V. 294, № 1-2.-P. 30-39.

33. Лопатюк Ю.Ю. Очистка сточных вод и технологических жидкостей с использованием керамических мембран/Ю.Ю. Лопатюк, В.Н. Мынин, А.Д. Смирнов//Вода и экология. - 2005. - №4. - С. 51-52.

34. Ильин В.И. Применение баромембранной технологии для очистки сточных вод и нефтепродуктов/В.И. Ильин//Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2003. - № 7. - С. 40-42.

35. Керамические мембраны, аппараты и установки для очистки воды, сточных вод, отработанных масел и технологических жидкостей. Завершенные научные разработки: Справочник. - М.: Изд-во РХТУ, 2002. -С. 83.

36. Александрии А.П. Применение керамических мембран для очистки и регенерации отработанных нефтепродуктов/А.П. Александрии, A.A. Егоршев, О.В. Кацерева//Тяжелое машиностроение. - 2002. - №6. - С. 30-32.

37. Колесников В.А. Анализ, проектирование технологий и оборудования для очистки сточных вод/ В.А. Колесников, Н.В. Меныиутина. - М.: ДеЛи принт, 2005. - 266 с.

38. Электроосмос [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/ свободный.

39. Wieczorek Piotr P. Liquid membranes as a useful method for separation and purification of mixtures/ P. Wieczorek Piotr // PRZEM. CHEM. - 2007. - T. 86, № 10.-C. 996-1000.

40. Мембранные технологии очистки воды (МТ) [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://enviropark.ru/course/info.php?id=8, свободный.

41. Schroder К. Einsatz einer CORNING Ultrafiltrationsmembran zur Aufbereitung von Kuhlschmierstoffen und Emulsionen/K. Schroder, С. Schiller//Filtr. und Separ. - 2002. - V. 16, № 4, P. 182-183.

42. Hua F. L. Performance study of ceramic microfiltration membrane for oily wastewater treatment/F. L. Hua, Y. E. Tsang, Y.J. Wang// Chem. Eng. J. - 2007. -V. 128, №2-3.-P. 169-175.

43. Солод H. П. Ультрафильтрация-технология будущего/Н.П. Солод//Изв. Акад. жил.-коммун, х-ва. Гор.х-во и экол. - 2001. - № 3. - С. 66-71.

44. Елынин А.И. Выбор фильтровальных материалов для предочистки воды /А.И. Елыиин, А.И. Вегера //Материалы, технологии, инструменты. -2000.-Т. 5, №2. - С.56-60.

45. Хараев Г.И. Регенерация смазочно-охлаждающих жидкостей с применением мембран/Г.И. Хараев// Вестн. Бурят.ун-та. - 2005. - № 4. - С. 264-267.

46. Парк Е. Разделение эмульсии масло/вода с помощью нанофильтрацион-ной мембранной технологии/Е.Парк, С.М. Барнетт// Вода и экология. - 2005. - № 4. - С. 53-64.

47. Захаров C.JI. Очистка истинных растворов с помощью мембран /C.JI. Захаров //Экология и промышленность России. - 2003. - №8. - С. 28-31.

48. Al-Jeshi Subhi. An experimental evaluation of reverse osmosis membrane performance in oily water/ S. Al-Jeshi, A. Neville// Desalination. - 2008. - V. 228, № l.-P. 287-294.

49. Lanknecht P. Extraction of industrial cutting fluids from oil emulsions by polymeric ultra- and microfiltration membranes /Р. Lanknecht, A.D. Lopes, A.M. Mendes// Environ. Sci. andTechnol. - 2004. - № 38. - P. 4878-4883.

50. Зябрев А.Ф. Технология разделения отработанной СОЖ с использованием мембранной фильтрации для металлургического завода/А.Ф. Зябрев, А.Б. Лимитовский, Н.В. Волков//Всероссийская научная конференция «Мембра-ны-2007». - 2007. - С. 91.

51. Фукс И.Г.Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов/ И.Г. Фукс, А.Ю. Евдокимов. - М.: Нефть и газ, 1993. -164 с.

52. Бабенышев С. П. Способ ультрафильтрации моторного масла/С.П. Бабе-нышев, В.А. Константинов, Г.А. Витанов// Ставропол. гос. аграр. ун-т: Пат. 2240855 Россия, МПК 7 В 01 D 37/00. - 2004.

53. Хангильдин Р.И. Мембранная очистка воды, загрязненной нефтепродук-тами/Р.И. Хангильдин// Матер. 2-го Междунар. симп. "Наука и технол. угле-водород.дисперс. систем". - 2000. - Т.2. - С. 218-219.

54. Бильдюкевич А.В. Мембранное разделение водомасляных эмульсий/А.В. Бильдюкевич, С.Н. Дмитриева// Химия и технология воды. - 1989. - T.l 1, № 7.-С. 641-642.

55. Тихонова И.О. Разработка процесса рекуперационного разделения отработанных СОЖ/ И.О. Тихонова. - МХТИ им. Д.И. Менделеева. - 1989. - 13 с.

56. Свитцов A.A. Введение в мембранную технологию/А.А. Свитцов. - М., Дели принт. - 2007. - 208 с.

57. Поворов A.A. Комплексные мембранные технологии для очистки сточных вод предприятий машиностроительного профиля/А.А. Поворов, В.Ф. Павлова, JI.B. Ерохина//Экология производства. - 2006. - № 3. - С. 14-15.

58. Бузин A.B. Установка для очистки питьевой воды с применением мембранной технологии/ A.B. Бузин, Ф.В. Буздаев, A.M. Мелентьев//Экология промышленного производства. - 2003. - №3. - С. 31-32.

59. Химическая модификация полимеров [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ai08.org/index.php/term, свободный.

60. Потехина J1.H. Модификация ацетатов целлюлозы парами мезофазоген-ных растворителей с целью управления структурой полимерных наномем-бран/ JI.H. Потехина, В.М. Седелкин, Д.А. Машкова// Прикладные аспекты химической технологии полимерных материалов и наносистем («Полимер-2010»): тез.докл. и докл. IV Всерос. науч.-практ. конф. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та.-2010.-С. 151-153.

61. Химическая модификация мембран [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://me-system.ru/2011/04/04/химическая-модификация-мембран/, свободный.

62. Плазмохимическая модификация поверхности полимерных материалов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.isuct.ru/konf/plasma/LECTIONS/Gilman_lection.htm, свободный.

63. Chul-Woo J. Application of combinated coagulation-ultrafiltration membrane process for water treatment/ J. Chul-Woo, K. Lim-Seol// Korean J. Chem. Eng. -2003.-№20 (5).-P. 855-861.

64. Wang Jing-rong. Cleaning method of the oil field wastewater treatment by UF process/Wang Jing-rong, Xy Cheng. J. Environ// Service Civil International. -2001.-V. 13, №3,- P. 365-367.

65. Обратныйосмос. Теорияипрактика. Применение. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://wwtec.ru/index.php?id=233, свободный.

66. Lee Shi-Hee. Preparation of ceramic membrane and application to the cross-flow microfiltration of soluble waste oil/Lee Shi-Hee, Chung Koo-Chun, Shin Min-Chul//Mater. Lett. - 2002. - V. 52, № 4-5. - P. 266-271.

67.Школьников B.M. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение/В.М. Школьников. - М.: Химия, 1989. - 432 с.

68. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп./Ю.Г. Фролов. - М.: Химия, 1988. — 464 с.

69. Справочник по маслам [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.petrochemistry.ru/masla_instr.php, свободный.

70. ТУ 2483-077-05766801-98 - Неонолы. Технические условия.

71. Дряхлов В.О. Исследование разделения водомасляных эмульсий, стабилизированных ПАВ марки «Неонол», с помощью плазменно-модифицированных мембран /В.О. Дряхлов, Н.Н. Капралова, И.Г. Шайхиев, И.Ш. Абдуллин, Р.Г. Ибрагимов, Р.Т. Батыршин // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 6. - С. 31-35.

72. Полиэфирсульфон [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://apc-group.ru/content/view/30/22, свободный.

73. Полиэфирсульфоны [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://pslc.ws/russian/pes.htm, свободный.

74. Кролл Н. Основы физики плазмы: Пер. с англ/ Н. Кролл, А., Трайвелпис. - М.: Мир, 1975.- 526 с.

75. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия, 1984. - 448 с.

76. Сканирующая зондовая микроскопия для технической диагностики [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://optec.zeiss.ru/atom/?n=23461493, свободный.

77. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет/ Ю.И. Дытнерский. - М.: Химия, 1986. - 272 с.

78. Шапошник В.А Явления переноса в ионообменных мембранах / В.А Ша-пошник,В.И. Васильева,О.В. Григорчук - М.: МФТИ. - 2001. - 200с.

79. Дворкина Г.А. Влияние структуры ионообменных мембран на их электропроводящие свойства: Дис. ...канд. хим. наук. - Краснодар, 1988. - 209 с.

80. Belaid, N.N. Conductivite Electrique membranaire. Partie I: mise au point d'une cellule de mesure en courant alternatif (soumis) / N.N. Belaid, L. Dammak, B. Ngom, C. Larchet, B. Auclair. // Eur. Polym. J. - 1998.- № 43. - P. 564-570.

81. Гнусин, Н.П. Физико-химические принципы тестирования ионообменных материалов / Н.П. Гнусин, Н.П. Березина, O.A. Демина, H.A. Кононенко // Электрохимия. - 1996. - Т. 32, № 2. - С. 173-182.

82. Карпенко JI.B. Сравнительное изучение методов определения удельной электропроводности ионообменных мембран / JI.B. Карпенко, O.A. Демина, Г.А. Дворкина, С.Б. Паршиков, К. Ларше, Н.П. Березина // Электрохимия. -2001. - Т. 37, № 3. - С. 328-335.

83. Эме Ф.Н. Диэлектрические измерения. Для количественного анализа и для определения химической структуры / Ф.Н. Эме. - М.: Химия, 1967. -223 с.

84 Брандт А. А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах / A.A. Брандт. - М.: Физматгиз, 1963. - 404 с.

85. Измерение краевого угла смачивания поверхности мембран методами растекающейся капли и прикреплённого пузырька [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://mtc.kubsu.ru/Metod4.html, свободный.

86. Lyklema J. The Properties of the Stagnant Layer Unraveled / J. Lyklema, S. Rovillard, and J. De Coninck // Langmuir. - 1998. - Vol.14, №20. - P.5659-5663.

87. Сумм Б.Д. Гистерезис смачивания / Б.Д. Сумм // Соросовский образовательный журнал. - 1999. - №7. - С.98-102.

88. ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 - Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий. - М.: Стандартинформ, 2007. -26 с.

89. Оборудование компании Malvern Instruments Ltd [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.exiton-analytic.ru/malvern/, свободный.

90. Система для характеризации наночастиц Malvern Zetasizer Nano ZS [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ckp-nano.msu.ru/equipment/151, свободный.

91. Ившин В.П. Интеллектуальная автоматика в курсовых и дипломных проектах: учебное пособие/ сост. В.П. Ившин, И.А. Дюдина, А.В. Фафурин. Казан.гос. технол. ун-т. - Казань, 2008. - 120 с.

92. ГОСТ 8.207-76 - Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. - М.: Стандартинформ, 2008. -7 с.

93. Ахметов В.М. Установки для очистки эмульсионных и масляных промышленных технологических жидкостей и их возможности для очистки водных поверхностей от нефти и нефтепродуктов / В.М. Ахметов, С.И. Никитин, Р.Т. Батыршин // «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» Тезисы докладов II Международной конференции. - Тюмень, 2011-С. 188-190.

94. Ахметов В.М. Изучение мембранной очистки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых в производстве большегрузных автомобилей на ОАО «КамАЗ»/ В.М. Ахметов, Р.Т. Батыршин, И.Г. Шайхиев // «Образование и наука - производству»: сборник трудов международной научно-технической и образовательной конференции. - Набережные Челны, 2010. -С.161-163.

95. Козлов М.П. Ультрафильтрационная очистка водных смесей от эмульгированных масел/ М.П. Козлов, В.П. Дубяга. - М.: НИИТЭХИМ, 1985. - 48с.

96. Абдуллин И.Ш.Исследование разделения водомасляных эмульсий с помощью плазменно- модифицированных мембран/ И.Ш. Абдуллин,

B.О. Дряхлов, Р.Т. Батыршин//Сборник статей I Всероссийской научно-практической конференции, Казань. - 2010. - С. 80-86.

97. Дряхлов В.О.Исследование разделения водомасляных эмульсий с помощью плазменно- модифицированных мембран/ В.О. Дряхлов, И.Г. Шайхиев, Р.Т. Батыршин// Сборник трудов Международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники», Уфа. - 2010. - С. 157-160.

98. Шайхиев И.Г.Очистка СОЖ содержащих стоков мембранными методами /И.Г. Шайхиев, В.О. Дряхлов, Р.Т. Батыршин// Сборник статей II Международная практическая межотраслевая конференция «Химические решения для водооборотных систем промышленных предприятий», Казань. - 2011. -

C. 85-86.

99. Маврин Г.В. Разделение водомасляных эмульсий с применением мембран, обработанных ВЧЕ плазмой пониженного давления/Г.В. Маврин, В.О. Дряхлов, Р.Т. Батыршин // Сборник статей «Третьи Камские чтения», Набережные Челны. - 2011. - С. 50-54.

100. Дряхлов В.О. Исследование разделения водомасляных эмульсий с помощью плазменно-модифицированных мембран/ В.О. Дряхлов, И.Г. Шайхиев, И.Ш. Абдуллин, Р.Г. Ибрагимов, Р.Т. Батыршин// Вестник Казанского технологического университета. - 2010. - № 11. - С. 43-48.

101. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет/ Ю.И. Дытнерский. - М.: Химия, 1986. - 272 с.

102. Уманский Я.С. Кристаллография, рентгенография и электронная микро-скопия/Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков, А.Н. Иванов. - М.: Металлургия, 1982. - 632 с.

103. Дытнерский Ю. И.Обратный осмос и ультрафильтрация/Ю.И. Дытнерский. - М.: Химия, 1978. - 352 с.

104. Фазуллин Д.Д. Проблема утилизации СОЖ/Д.Д. Фазуллин, В.М. Ахме-тов, Р.Т. Батыршии//«Образование и наука - производству»: сборник трудов международной научно-технической и образовательной конференции, Набережные Челны. - 2010. — С.246-249.

105. ТУ 025 8-004-42147065-2003219 - ИНКАМ-1.

106. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды.-М., 1999.-96 с.

УТВЕРЖДАЮ

Проректор) -КЩ1ТУ

УТВЕРЖДАЮ

И.о.генерального директора

зао

3 г.

промышленных испытаний очистки ливневых сточных вод, содержащих нефтепродукты, с использованием мембранных технологий

Сточные воды, содержащие нефтепродукты (СВСНП), относятся к числу агрегативно устойчивых и трудноокисляемых органических сред, что в значительной степени ухудшает механический и биологический процесс очистки рассматриваемых стоков, а при концентрации выше 50 мг/дм3 приводит к гибели активного ила сооружений биологической очистки. Кроме того, СВСНП представляет собой особый вид сточных вод 2-3 класса опасности, содержащих эмульгированные и свободные масла, при ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения по нефтепродуктам 0,05 мг/дм .

При ужесточении требований к сточным водам и неэффективности существующего технологического процесса утилизации промстоков на очистных сооружениях, возникла необходимость локальной очистки.

В рамках научной работы, проводимой Казанским национальным исследовательским технологическим университетом (КНИТУ) проведены промышленные испытания по исследованию процесса очистки промышленных сточных вод, содержащих нефтепродукты, образующихся на ОАО «Уруссинский химический завод» с применением мембран с размером пор 0,002 мкм.

Исследование ультрафильтрации СВСНП проводились на пилотной установке мембранного разделения производства ЗАО «Владисарт». Исходный ливневый сток, предварительно очищенный от взвешенных веществ и содержащий нефтепродукты, поступает в ультрафильтрационный

модуль. Под действием давления, создаваемого насосом, происходит разделение исходной смеси на прошедший через мембрану фильтрат, и не прошедший через мембрану концентрат. Значения создаваемого давления варьируются в пределах 5-10 бар и контролируются с помощью встроенного в систему манометра.

В ходе полупромышленных испытаний определены производительность и селективность мембранного разделения СВСНП. В процессе

Л Л

ультрафильтрации при начальной производительности 25 дм /м ч концентрация нефтепродуктов снизилась с 5720 мг/дм3 в ливневом маслосодержащем стоке до 23,8 мг/дм3 в ультрафильтрате, в результате чего селективность составила 99,6 %. При разделении ультрафильтрата в процессе обратного осмоса при производительности 8 дм /м ч концентрация нефтепродуктов в фильтрате обратного осмоса составила 0,22 мг/дм, вследствие чего селективность составила более 99 %.

Таким образом, результатами полупромышленных исследований подтверждена возможность очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, с использованием мембранных технологий до требований сброса в городской коллектор.

ОтКНИТУ

От ЗАО «Уруссинский химический завод» _

экологии

Р.т. Батыршин

/