Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Этапы создания единой системы извлечения нефти и нефтепродуктов из сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий Уфимского промышленного узла нефтехимического комплекса Республики Башкортостан 7
1.1 Предпосылки создания комплекса очистки промышленных сточных вод НПЗ Уфимской группы 11
1.1.1 Проблемы снижения потерь нефти и нефтепродуктов со сточными водами на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе в 1938-1956 гг. 11
1.1.2 Работа коллектива Ново-Уфимского нефтеперерабатывающего завода в области снижения потерь нефти и нефтепродуктов с промышленными сточными водами (1950-1957 гг.) 19
1.2 Особенности проектирования и строительства комплекса очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов уфимской группы 27
1.2.1 Исследование методов очистки промышленных сточных вод на Уфимском Ордена Ленина нефтеперерабатывающем заводе (1953-1958 гг.) 27
1.2.2 Проектирование и строительство единой системы очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов Уфимской группы 31
1.3 Первые годы работы очистных сооружений уфимского нефтеперерабатывающего завода им. XXII съезда КПСС 35
1.4 Работа коллектива УНПЗ им. XXII съезда КПСС по совершенствованию единой системы очистных сооружений нефтеперерабатывающих предприятий уфимской группы 46
1.4.1 К истории формирования структуры комплекса очистных сооружений НПЗ уфимской группы 46
1.4.2 Раздельная система канализации и очистки промышленно-ливневых сточных вод 47
1.4.3 Система очистки стоков ЭЛОУ с применением деэмульга торов 50
1.4.4 Система очистки барометрических сточных вод 55
1.4.5 Полная утилизация остатков нефти и нефтепродуктов из сточных вод с применением биологических методов очистки 57
1.4.6 Начальные этапы формирования блока биологической очистки 58
1.4.7 Буферный пруд 63
1.5 Этапы совершенствования единого комплекса очистки нефтесодержащих сточных вод НПЗ Уфимской группы 65
Глава 2. Современное состояние и проблемы очистки промышленных сточных вод и улавливания нефти и нефтепродуктов нефтеперерабатывающих предприятий Уфимского промышленного узла нефтехимического комплекса Республики Башкортостан 99
2.1 Система физико-химической очистки промышленных сточных вод 99
2.2 Механические очистные сооружения 101
2.2.1 Очистка промышленных стоков 101
2.2.2 Обработка осадка и нефтепродуктов 104
2.3 Биологические очистные сооружения 106
Глава 3. Совершенствование методов и устройств для извлечения углеводородсодержащих отходов из нефтесодержащих сточных вод 108
3.1 Электрофлотация 108
3.1.1 Электродные процессы 110
3.1.2 Описание экспериментальной установки для определения скорости барботажа 117
3.1.3 Результаты экспериментов для определения скорости барботажа 119
3.1.4 Усовершенствование метода электрофлотации 124
3.2 Фильтрация 132
3.2.1 Устройство медленного фильтра и способ его очистки 133
3.2.2 Электрохимический фильтр 140
Глава 4. Усовершенствованные технологические схемы очистки нефтесодержащих сточных вод 143
4.1 Сооружение для электрохимической очистки нефтесодержащих сточных вод 143
4.2 Сооружение для очистки нефтесодержащих сточных вод с применением электрофлотатора 145
Выводы 147
Список цитированной литературы 148
Приложения 158
- Проблемы снижения потерь нефти и нефтепродуктов со сточными водами на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе в 1938-1956 гг.
- Этапы совершенствования единого комплекса очистки нефтесодержащих сточных вод НПЗ Уфимской группы
- Электродные процессы
- Сооружение для очистки нефтесодержащих сточных вод с применением электрофлотатора
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время в связи с постепенным истощением природных ресурсов и стремительным загрязнением окружающей среды все более актуальным становится повышение эффективности использования основного и вспомогательного сырья и снижение его потерь во всех отраслях промышленности, в том числе на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях. Одним из перспективных путей снижения потерь сырой нефти и ценных углеводородов является их извлечение из промышленных сточных вод. Этот процесс позволяет не только частично вернуть в производственный цикл основное сырье, но практически полностью исключить потери оборотной воды, в больших объемах используемой на всех технологических стадиях получения жидюгх нефтяных топлив и нефтехимического сырья.
В связи с этим совершенствование технологий извлечения углеводородсодер-жащих отходов из промышленных сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий имеет важное значение для отечественной науки и промышленности на современном этапе развития.
Цель работы
исследование основных предпосылок создания системы извлечения углеводород-содержащих отходов из промышленных сточных вод отечественных нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий;
анализ результатов первых исследований по извлечению углеводородов нефтепереработке и нефтехимии предприятий Уфимского промышленного узла Башкирского нефтехимического комплекса;
исследование этапов формирования структуры комплекса очистки сточных вод и извлечения нефти и нефтепродуктов Уфимского промышленного узла Башкирского нефтехимического комплекса на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе им. XXII съезда КПСС (ныне ОАО «Уфанефтехим»);
исследование особенностей работы комплекса очистных сооружений ОАО «Уфанефтехим» в 1970-2000-х гг.;
анализ мероприятий по совершенствованию технологий извлечения нефти и нефтепродуктов из нефтесодержащих сточных вод, внедренных на ОАО «Уфанефтехим»;
разработка технологий извлечения отходов нефтехимии и нефтепереработки из нефтесодержащих сточных вод с электрообессоливающих установок (ЭЛОУ) с применением электрохимического метода;
разработка технологической схемы извлечения анионактивных ПАВ, эмульгированных нефтепродуктов из нефтехимических стоков с применением электрофлотатора с каталитическим блоком;
разработка электрофлотатора с вихревыми потоками и медленного фильтра для извлечения углеводородсодержащих отходов из нефтехимических стоков.
Научная новизна
Впервые на основе всестороннего исследования особенностей создания и развития комплекса очистных сооружений Уфимского промышленного узла Башкирского нефтехимического комплекса выделены основные этапы формирования и совершенствования систем очистки нефтесодержащих сточных вод и извлечения углеводородсодержащих отходов нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий г. Уфы.
Обобщены и систематизированы основные технико-экономические показатели работы комплекса очистных сооружений ОАО «Уфанефтехим». Осуществлен анализ мероприятий, направленных на совершенствование методов извлечения нефти, продуктов нефтехимии и очистки нефтесодержащих сточных вод. Предложены перспективные технологии извлечения углеводородсодержаших отходов из нефтехимических стоков за счет повышения эффективности работы электрофлотатора, увеличения его флотационной способности, позволяющие существенно повысить степень возврата нефтяного сырья в производственный цикл. Показана возможность использования метода электрофлотации для извлечения нефти и углеводородсодержаших отходов из нефтесодержащих сточных вод и эффективность технологии медленного фильтрования для интенсификации извлечения остаточных нефтепродуктов.
Практическая значимость работы
Результаты работы используются в ОАО «Полиэф» (г. Благовещенск Республики Башкортостан), ОАО «Петропавловская нефтебаза» (г. Петропавловск Республики Казахстан), ЗАО «Строительно-монтажное управление №6», ООО «Истэкойл» (г. Уфа) для решения вопросов увеличения эффективности извлечения нефтепродуктов из нефтесодержащих сточных вод, а также при планировании мероприятий по реконструкции и модернизации технологических установок очистных сооружений.
Материалы диссертационного исследования используются при чтении лекций для студентов по дисциплинам «Водоотведение и очистка сточных вод нефтехимических предприятий» и «Водоотводящие системы промпредприятий», «Водное хозяйство промпредприятий».
Апробация работы
Результаты работы были представлены на XIX Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (г. Уфа, 2006 г.); VII Международной научно-технической конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (г. Уфа, 2006 г.); XXI Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (г. Уфа, 2008 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (г. Уфа, 2009 г.); X Международной научно-технической конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (г. Уфа, 2009 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 5 статей ведущих рецензируемых журналах, рекомендуемых перечнем ВАК Министерства образования и науки РФ, и получено 4 патента РФ.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста, включая 35 таблиц и 31 рисунок, и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 207 наименований и приложений.
Проблемы снижения потерь нефти и нефтепродуктов со сточными водами на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе в 1938-1956 гг.
В ходе реализации программы развития народного хозяйства, намеченной вторым (1933—1937) пятилетним планом, были окончательно определены перспективы развития нефтяной отрасли в Башкирии. При этом на территории республики было начато проектирование и строительство нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, на базе которых впоследствии было образовано одно из крупнейших отечественных производственных объединений - башкирский нефтехимический комплекс.
С первых же дней работы этих предприятий был выявлен существенный недочет в проектировании технологической обвязки всех заводов - значительные потери нефти, нефтепродуктов и других ценных химических соединений со сточными водами, которые помимо прямых финансовых убытков приводили и к загрязнению республиканских водоемов.
Первым предприятием нефтеперерабатывающей отрасли Башкирии является Уфимский нефтеперерабатывающий завод, в официальной документации получивший условный индекс «417». Его строительство было начато в 1935 г., а в 1938 г. были пущены в эксплуатацию первые производственные объекты предприятия. При этом технология извлечения нефтепродуктов из сточных вод на момент пуска была примитивной, предположительно, были созданы лишь выгребные ямы и нефтеловушка на р. Шугуровка [12]. При этом даже экономическая выгода от этих мероприятий была весьма сомнительной - на очистку выгребных ям с горожан взыскивалось, согласно постановлению Уфимского городского совета от 3 февраля 1937 г. и приказа по УНПЗ №44 от 23 марта 1938 г., плата по 1 руб. с человека. Однако, затрат, связанных с очисткой ям, было гораздо больше, ввиду наличия грунтовых вод и нецементированных стенок) [13]. Обследованием стоков УНПЗ в 1938 г. занималась бригада института ВОДІ ЪО , в 1939 г. исследование производила бригада института рыбного хозяйства ВЫИОРХ [14]. Оба исследования показывали значительные потери нефти и нефтепродуктов и загрязненность сточных вод, опасную для близлежащих водоемов.
С первых дней работы завода №417 в связи с необходимостью скорейшего наращивания производственных мощностей практически все капиталовложения, запланированные на установки улавливания продуктов и очистки сточных вод, из года в год перенаправлялись на строительно-монтажные и пуско-наладочные работы на основных производственных объектах предприятия. Однако, такой шаг в конечном итоге тормозил нормальную эксплуатацию завода в целом и снижению выработки запланированных объемов нефтепродуктов. Так, В 1940-1942 гг. не были построены следующие запланированные объекты [15]:
1. По 1-й очереди очистные сооружения хозяйственно-фекальной канализации и аварийный амбар. Пуск в эксплуатацию этого комплекса позволял частично вернуть в производство сырую нефть — сырье для получения таких ценных продуктов, как бензин, керосин, дизельное и котельное топлива, смазочные и специальные масла, нефтяной кокс, битумы, консистентные смазки. Кроме того, отсутствие этих объектов неоднократно приводило к потере и сбросу в р. Белую большого количества нефтепродуктов при авариях резервуарного парка.
2. По 2-й очереди: установка по утилизации щелочных отбросов, обезвреживание кислых сернистых вод, аэрационная установка и спецканализация. Эти объекты позволяли отчасти уловить и вернуть в производственный цикл сырье для нефтехимических процессов - индивидуальные алканы (парафиновые углеводороды), алкены (олефины) и арены (ароматические углеводороды), жидкий и твердый парафин. Так как очистные сооружения по спецканализации не были закончены в срок, кислые и щелочные воды спус кались в промканализацию, что привело к сильной коррозии и выходу из строя основного заводского коллектора. Кроме того, кислые и щелочные стоки сбрасывались в р. Белую, нанося значительный вред окружающей среде.
3. По 3-й очереди: расширение нефтеловушки и спецканализация. Нормальная работа этих установок также обеспечивала извлечение и возврат некоторой части сырья для получения жидких нефтяных топлив. Невыполнение планов работ по этим объектам в конечном счете также приводило к огромным потерям нефти с технологической водой, что также влекло за собой снижение выработки товарной продукции завода.
Только в 1943-1944 гг. под руководством директора завода т. Рябчикова было начато наращивание темпов строительства систем извлечения нефтепродуктов и очистки сточных вод. Были построены коллектора промканали-зации, спецканализации, насосная для перекачки канализационной воды с асфальтовой установки в промканализацию. Была также построена аэраци-онная установка, которая служила для очистки воды, поступающей с барометрических конденсаторов установки АВТ, от сероводорода. Запроектированная производительность аэрационной установки составляла 160 м3/ч при содержании сероводорода 100 мг на 1 л воды. Однако в ходе пуско-наладочных работы было выявлено значительное несоответствие проекта реальным производственным условиям - содержание сероводорода в воде, поступающей с установки АВТ, значительно превышало запланированные показатели. В связи с этим установка была законсервирована до выполнения мероприятий по ее реконструкции и модернизации.
Несмотря на целый ряд мероприятий выполняемых по ремонту и восстановлению канализационного хозяйства силами завода и Башнефтестрой, в 1944 г. произошел обвал канализации на главном коллекторе промышленной и спецканализации, что привело к нарушению канализования и разливу стоков на поверхность земли [16].
В 1944 г. Уфимским институтом им. Мечникова было произведено санитарно-гигиеническое обследование промстоков завода с целью установления количества нефти, попадающей с ними в р. Белую. В результате обследования институтом был поднят вопрос о необходимости принятия срочных мер по снижению концентрации нефти и нефтепродуктов в сточных водах завода. В 1945 г. было завершено строительство заводского нефтеловушечного хозяйства, в состав которого вошли [17]:
нефтеловушка промышленных стоков;
нейтрализатор (был запроектирован с существенными недоработками, вследствие чего его работа была признана неэффективной и требовала проведения реконструкции по новому проекту);
иловые площадки;
аварийный амбар (его строительство было завершено лишь в 1954 г);
резервуарный парк.
К сожалению, техническое состояние нефтеловушечного хозяйства в целом являлось неудовлетворительным и требовало проведения капитального ремонта и реконструкции, которые были окончены через год. В 1946 г. также было начато строительство нефтеловушки кислых стоков, однако впоследствии оно было исключено из заводского плана капиталовложений и полностью остановлено [18].
В 1947-1948 гг. были построены 4 нефтяных разделочных резервуара; 2 нефтесборных мерника; насосная при нефтеловушке [19].
В связи с быстрым наращиванием производственных мощностей завода имевшееся нефтеловушечное хозяйство требовало срочного расширения и реконструкции, поэтому в 1949 г. было осуществлено строительство 3-х секций двухкамерной нефтеловушки [20].
В 1948-1949 гг. специалисты УФНИИ провели полное обследование промышленных стоков завода и сделали попытку очистки их различными реагентами. Однако работы в области очистки носили поисковый характер и не были закончены.
В санитарных правилах спуска промышленных сточных вод в общественные водоемы, принятым в эти годы в соответствии с ГОСТ 1324-47, ука зывалось: «сточные воды не должны содержать масел, жиров, нефтепродуктов и других плавающих веществ в таких количествах, которые способны вызывать в водоеме массовое образование сплошных плавающих пленок». Такая формулировка была слишком обширной и не давала руководящих указаний для технических расчетов. Некоторые прояснения в отношения нормирования содержания нефтепродуктов в сточных водах дала лишь работа сотрудников Института им. Эрисмана, которые нашли, что запах туймазинской нефти и мазута ощущается в воде при концентрации их 0,2-0,4 мг/л [21].
Этапы совершенствования единого комплекса очистки нефтесодержащих сточных вод НПЗ Уфимской группы
В 1963 г. было проведено обследование работы комплекса очистных сооружений ЧНПЗ.
На Уфимской группе нефтеперерабатывающих заводов (ОЛ УНПЗ, НУНПЗ, УНПЗ им XXII съезда КПСС) сточные воды, подлежащие сбросу в р. Белую, проходили систему очистных сооружений, состоящую из песколовок, нефтеловушек, прудов дополнтельного отстоя и буферного пруда. Количество сточных вод, поступающих с заводов, в 1963 г составляло около 5500-6500 м /ч (таблица 20) [137]. Смешанный сток, поступающий в буферный пруд, содержал большое количество загрязняющих веществ, обуславливающих высокую окис-ляемость (таблица 21).
Содержание нефтепродуктов, извлекаемых четыреххлористым углеродом, составляло в среднем 370 мг/л с колебаниями от 74 до 1459 мг/л.
Не смотря на длительное пребывание в буферном пруду сбрасываемая в р. Белую вода содержала значительное количество нефтепродуктов (50 мг/л) и фенола (около 5 мг/л). Окисляемость составляла 475 мг/л 02, БПКП0ЛН - 93 мг/л 02 [138]. Приведенные цифры по количеству и качеству нефтесодержащих сточных вод после буферного пруда показывают, что вопрос доочистки вышеуказанных стоков стал настоятельной необходимостью.
В связи с этим институту «Укрводоканалпроект» была поручена разработка проектных заданий на реконструкцию канализации и очистных сооружений для сточных вод цехов СЖК 1 и 2 очередей, завода УЗСС и нефтеперерабатывающих заводов (ОЛ УНПЗ, НУНПЗ, и УНПЗ им XXII съезда КПСС). В основу. была положена биохимическая очистка в двухступенных аэротенках с регенераторами смеси сточных вод СЖК и УЗСС, прошедших нейтрализацию, нефтесодержащих сточных вод после буферного пруда и хозяйственно-фекальных стоков поселка Ново-Александровка [139].
Специалистами «Укрводоканалпроекта» было предложено 3 варианта очистки (рисунок 9).
Опыты по биохимической очистке сточных вод цеха СЖК, УЗСС, ОЛУНПЗ, УНПЗ им. XXII съезда КПСС, НУНПЗ на лабораторных аэротенках показали, что при очистке по всем трем вариантам происходит полное биохимическое окисление органики, содержащейся в этих стоках, - БПКПОЛн очищенной воды не превышала 10 мг/л Ог. При очистке по трем вариантам получены следующие ориентировочные объемы сооружений: вариант I - 166372 м3; вариант II - 111870 м3; вариант III -103380 м 3. Из трех вариантов к внедрению была принята третья схема биохимической очистки [141].
В 1964 г. было проведено обследование систем канализации и определение состава сточных вод цехов получения синтетических масел и присадок на УНПЗ им XXII съезда КПСС. Вопрос о качестве этих сточных вод, количестве присутствующих в них компонентов - загрязнителей, влияние этих компонентов на биологическую очистку, в то время, был недостаточно оснащен в литературе. Было установлено, что данные сточные воды характеризуются высоким содержанием фенолов (до 200 мг/л), нефтепродуктов (в среднем 94 мг/л) и имеют кислую реакцию (рН=3), БПКП0ЛН= 220 мг/л. Сточные воды от производства присадок и масел совместно с другими стоками либо проходили механическую очистку, либо направлялись на биохимическую очистку. В связи с высоким содержанием органических загрязнителей в сточных водах производств присадок и синтетических масел, была выдана рекомендация о необходимости их биохимической очистки и соответствующего расширения комплекса очистных сооружений УНПЗ им. XXII съезда КПСС.
По схеме I (рисунок 9) комплекс очистных сооружений проработал до 1966 г. Необходимость внесения изменений, описанных выше, была дополнена поступлением на завод высокосернистых нефтей, которые имели свои специфические особенности, связанные с повышенным содержанием сероводорода как в нефтепродуктах, так и в сточных водах [142].
Новая схема канализации сточных вод, перерабатывающих высокосернистые нефти, рассчитанная на переработку 12 млн т/год, включала в себя три системы канализации (промливневую, эмульсионную и сернисто-щелочную) и установки локальной очистки сточных вод от ЭЛОУ и резервуарных парков, технологических конденсатов, кислых стоков установок гидроочистки [143]. Основными товарными продуктами НПЗ являлись: бензин, спецкеросин, дизельное топливо, печное топливо, бензол, парафин, углеводородное сырье, би тум, кокс. Для их выработки на нефтеперерабатывающих предприятиях Уфимской группы функционировали следующие установки: ЭЛОУ, АВТ, каталитического риформинга, гидроочистки, ТКК, каталитического крекинга, карбамидной депарафинизации, ГФУ, очистки парафина, сероочистки, производства серы, производство сырья для сажи и битумной установки. При проведении процессов на этих установках образуются следующие виды сточных вод [144]:
1. Промливневые - промышленные стоки технологических установок и ливневые воды с площадок установок.
2. Эмульсионные - стоки установок ЭЛОУ и резервных парков.
3. Сернистые - технологические конденсаты, получаемые на установках, каталитического крекинга, термоконтактного крекинга и т.п.
4. Сернисто-щелочные - отработанные щелочи от защелачивания нефтепродуктов.
5. Кислые - стоки, получаемые при регенерации катализатора на установках гидроочистки.
6. Химзагрязненные - стоки, получаемые на установках карбамидной депарафинизации дизельных топлив.
7. Условно-чистые - сбросы из оборотных систем, некондиционный паровой конденсат.
Принципиальная схема очистки сточных вод НПЗ, перерабатывающих высокосернистые нефти показана на рисунке 10 [145]. Вышеперечисленные сточные воды направляются в три раздельные системы канализации.
1. Система канализации промливневых вод, включает промышленные и ливневые стоки технологических установок, нейтрализованные стоки установок гидроочистки, условно-чистые, а также химзагрязненые карбамидной депарафинизации (1-я система канализации).
2. Система канализации эмульсионных стоков, включает стоки (прошедшие локальную нефтеловушку) от установок подготовки нефти и резервуарных парков (2-я система канализации).
3. Система канализации сернисто-щелочных стоков [146].
Электродные процессы
Управление процессом очистки воды с применением методов электрообработки можно осуществить только в том случае, когда ясна физическая сущность явлений, происходящих при электролизе воды.
Любая природная вода электропроводна, так как содержит значительное количество солей. Помимо, так называемых, главных ионов Na+, Са2+, К+, Mg , СГ, SO4 ", НСОз ", СОз " в ней содержатся некоторые другие ионы. Сама молекула воды диссоциирует на ионы водорода НҐ и гидроксила ОН". В кислой среде водородный ион, обладающий высокой активностью, связывается с одной молекулой воды, образуя ион гидроксония Н30+. Эта реакция протекает по эстафетному механизму: подвижный ион водорода ЬҐ" от иона гидроксония мгновенно присоединяется к новой молекуле воды, образуя ион НзО+, который в свою очередь также нестоек и распадается с образованием нового иона гидроксония.
Все эти ионы в сточной воде находятся в беспорядочном движении. При наложении электрического поля беспорядочное движение ионов, в основном, сохраняется, но одно из направлений становится преимущественным. Причем, чем выше градиент потенциала вдоль направления электрического поля, тем выше скорость движения ионов в этом поле.
Направленное движение ионов в растворе возникает при прохождении электрического тока, который вызывает ускоренное движение ионов под действием силы [200]:
В результате действия сил торможения ион начинает двигаться равномерно с постоянной скоростью. Хотя в переносе зарядов участвуют все ионы, присутствующие в растворе, только определенные из них разряжаются на электродах. Во всех случаях количество электронов, участвующих в электродных реакциях, компенсируется количеством электронов, принесенных ионами к границе раздела фаз вследствие закона электронейтральности [201].
Подвижность ионов в электрохимии определяют понятием относительной подвижности:
Следует отметить аномально высокую подвижность ионов ЕҐ и ОН", объясняемую трансляционным механизмом обмена протона.
Поскольку скорости движения анионов и катионов в растворе не одинаковы, то в первую очередь на электродах разряжаются ионы водорода и гидроксила. С подачей разности потенциалов между катодом и анодом на их поверхности начинают протекать окислительно-восстановительные реакции.
Реакции на катоде
На катоде в первую очередь протекает реакция с образованием атомарного водорода, затем происходит разряд ионов щелочных металлов.
Кинетика образования газообразного водорода представляется следующей. В кислой среде на поверхности катода вначале протекает реакция образования атома водорода, который адсорбируется на поверхности катода
Катодное выделение водорода всегда имеет место при электролизе водных растворов. Реакция катодного восстановления водорода протекает со значительным перенапряжением. Величина водородного перенапряжения зависит от:
-ионного состава раствора и рН среды;
-материала катода, состояния его поверхности;
-плотности тока;
-температуры.
Различают катодные материалы с высоким, средним и низким значением перенапряжения выделения водорода:
- высокое у Hg, Pb, Cd, Zn, Sn;
- среднее у Cu, Ag, Fe, Ni, Co, Pd;
- низкое у Pt, Ru.
Катодное осаждение металлов из гидратированных ионов описывается уравнением: Mez+-yH20 + ze- Ме + уН20
Катодное выделение металлов является наиболее сложным разделом электрохимии, связано с образованием новой фазы на электродах. При этом нужно учитывать, что параллельно протекает реакция образования водорода, поэтому желательно выбирать материал катода с высоким значением
Ряд электроотрицательных металлов вообще не может быть выделен из водных растворов. Электроположительные металлы выделяются с высоким эффектом.
При электросаждении перенапряжение выделения металла зависит от природы разряжаемого металла. Различают катодные материалы с высоким, средним и низким значением перенапряжения выделения металла:
- высокое до 1 В у Со, Fe, Ni;
- среднее до 0,1 В у Bi, Си, Zn;
- низкое до 0,01 By Hg, Ag, Pb, Cd, Zn.
Существенную роль играет природа аниона. Перенапряжение выделения металла уменьшается в ряду: Р043" N03" S042" СГ Br J"
На кинетику процесса влияет наличие водорастворимых ПАВ и их концентрация.
На катодное восстановление влияет подщелачивание раствора вблизи электрода.
Это способствует гидролизу солей металла с образованием слаборастворимых гидроксидов, которые можно осаждать.
Реакции на аноде
Механизм образования молекулярного кислорода более сложен. Как предполагают [202], он протекает следующим образом. В кислом растворе происходит разряд молекулы воды
Н20-е-»Н+ + ОН В щелочном - разряд ионов гидроксила
ОН--е-- ОН Образующиеся радикалы ОН весьма нестойки и превращаются в перекись водорода
20Н- Н202 или распадаются с выделением атомарного кислорода
20Н- Н20 + 0 Перекись водорода или атомарный кислород вступают во взаимодействие с поверхностью анода, образуя поверхностные оксиды типа МехОу, при распаде которых происходит выделение молекулярного кислорода.
Сооружение для очистки нефтесодержащих сточных вод с применением электрофлотатора
Задачей данного сооружения является повышение эффекта очистки сточных вод от синтетических ПАВ и трудноокисляемых природных или техногенных органических веществ.
Сооружение для очистки нефтесодержащих сточных вод, включает накопитель-усреднитель, трехпродуктовый гидроциклон, электрохимический фильтр, сорбционный фильтр, гидрофобный фильтр и иловые площадки содержит электрофлотатор с каталитическим блоком, отделенным от камеры флотации вертикальной перегородкой, а анодная камера расположена у дна электрофлотатора и отделена от камеры флотации горизонтальной перегородкой, причем выход флотационной камеры и анодной камеры соединен со входом каталитического блока. Каталитический блок загружен гранулами алюмомарганцевого каталитического материала фракции 2-3 мм.
Сооружение очистки нефтесодержащих сточных вод работает следующим образом. Сточные воды поступают в накопитель-усреднитель 1, в котором осаждаются крупные взвешенные вещества и удаляются на иловые площадки 12. Из накопителя-усреднителя 1 вода забирается насосной станцией 2 и подается на трехпродуктовый гидроциклон 3, в котором от воды отделяются эмульгированные нефтепродукты и взвешенные вещества. Взвешенные вещества удаляются на иловые площадки 12, а обводненные нефтепродукты поступают на гидрофобный фильтр 8, в котором концентрируются и подаются в накопитель 9, а извлеченная вода поступает в «голову» сооружений. Далее сточные воды подлежат тонкой очистке на электрофлотаторе 4.
Дальнейшая глубокая очистка воды от коллоидных частиц и растворенных трудно-окисляемых органических веществ происходит в электрохимическом фильтре 5 и сорбционном фильтре 6, при этом снижается значение химического потребления кислорода (ХПК), нормируемое при сбросе сточных вод в водные объекты, и концентрация нефтепродуктов. Регенерация фильтров 5 и 6 производится обратной промывкой чистой водой, забираемой из резервуара чистой воды 7 промывным насосом 10. Промывная вода отстаивается в отстойнике 11, после чего возвращается в «голову» сооружений, а осадок обезвоживается на иловых площадках 12, оборудованных дренажной системой. Дренажная вода откачивается дренажным насосом 13 в «голову» сооружений.
Пример. Очистке подвергали производственную сточную воду нефтехимического производства, содержащую нефтепродукты, взвешенные вещества, органические кислоты, анионактивные ПАВ. Результаты химического анализа исходной воды до и после очистки приведены в таблице 35
