Введение к работе
Актуальность проблемы. По данным ЮНЕСКО, нефтепродукты принадлежат к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среда вследствие высокой токсичности и широкой распространенности. Одним из эсновных источников нефтяных загрязнений окружающей среды являются ггочные воды промышленных предприятий: заводов металлургической и ме-галлообрабатызающей промышленности, ТЭЦ, автотранспортных и тек-ггильных предприятий, машиностроительных и многих других производств. Сточные воды промышленных предприятий часто содержат нефтепродукты в эмульгированном состоянии, поэтому задача удаления нефтяных загрязне-шя сводится к разработке методов разделения эмульсий тала "масло в зоде". Существуют различные методы разделения эмульсия: механические Отстаивание, центрифугирование), коллоидно-химические (коагуляция, флотация), сорбционные, фильтрационные и некоторые другие. Механичес-си9 методы позволяют удалять эмульгированные нефтепродукты до остаточ-юй концентрации 50-100 мг/л, в то время как концентрация их в воде зодоемов не должна превышать значения от 0,1 до 0,3 мг/л. Коагуляция и [шотация позволяют довести глубину очистки до 15-50 мг/л и до 8-10 «г/л соответственно. Глубокую очистку нефтесодержащих вод проводят ярбционными или фильтрационными методами, которые позволяют извле-сать нефтепродукты до уровня ПДК и ниже.
Наиболее технологичным и производительным методом удаления шульгированных нефтепродуктов является фильтрационный метод. Эффек-гивность фильтрационного метода определяется свойствами фильтрующего материала. К фильтрующему материалу предъявляются следующие требования: їольшач нефтееыкость, относительно низкая стоимость, высокая прочность и легкая регенерация. В связи с этим очень важной является проблема *ыбора удовлетворяющего этим условиям фильтрующего материала и изуче-ше его физико-химических свойств. Наиболее полно перечисленным усло-іиям удовлетворяет термостойкий супертонкий кварцевый волокнистый материал (СХВЮ, который при контакте с водой не загрязняет ее, имеет іиаметр волокон 0,5-2 мкм, что позволяет улавливать с помощью этого «атериапа мельчайшие капли "масла", не задерживаемые другими фильтрами.
Ни один из современных загрузочных материалов фильтров не может іьггь регенерирован до остаточной концентрации нефтепродуктов, равной О 'органические материалы не обладают термостойкостью, а минеральные.
например, базальтовая вата, песок при циклическом нагревании разрушаются и их частицы выносятся с потоком воды).
Как показал анализ литературы, СКВМ ранее не использовался для фильтрационной очистки воды, поэтому физико-химические свойства его не исследованы. В научно-технической литературе описаны кинетические модели разделения углеводородных эмульсий, основанные на том, что фильтрующий слой отрабатывает равномерно и концентрация эмульсии в начале и в конце фильтра одинакова. В действительности физическая картина разделения эмульсии сложнее. Концентрация эмульсии вдоль колонки зависит не только от времени, но и от координаты вдоль фильтра. Поэтому проблема подбора и исследования новых материалов для фильтров и создание более современной теории является актуальной задачей.
Цель работы. Изучение физико-химических свойств Фильтрующего ма-терйала~ССКВМ)и процесса-разделения фаз эмульсий типа "масло в воде" при фильтрации через пористую среду из супертонкого волокнистого материала. Основные задачи исследований.
-
Изучить физико-химические свойства супертонкого кварцевого волокнистого материала ССКВМ): химический состав волокна и его поверхности, структуру, определить удельную поверхность, пористость.
-
Экспериментально найти проницаемость по газу и
жидкостям, определить технологические параметры, критерий Рейкольдса.
-
Исследовать смачиваемость СКВМ углеводородами и ее влияние на фильч руюшие свойства материала.
-
Разработать математические модели кинетики и динамики разделекш эмульсий типа "масло в воде".
-
Изучить процесс разделения эмульсий типа "масло в воде" по экспериментальным выходным концентрационным кривым при фильтрации эмульсий через слой СКВМ.
-
Исследовать влияние природы ПАВ , стабилизирующэго эмульсию „ на процесс ее разделения.
-
Исследовать влияние гидрофобизации поверхности филаментов СКЗМ н< эффективность разделения эмульсии.
-
Разработать технологическую схему очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов с помощью СКВМ.
Научная новизна. L. Проведены исследования физико-химических свойств СКВМ (химического :остава волокна и его поверхности) методами Ж-спектроскопии, рентге-чофлюоресцентного и рентгеноструктурного анализа, злектронноя спек-гроскопии, тепловой десорбции.
Кварцевое волокно имеет двухмерную структуру и в зависимости от технологии производства - шероховатые или гладкие филаменты (элементарные золокна) с адсорбированными на их поверхности ОН-грулпами. 2,. Найдены важные технологические параметры СКВМ: проницаемость, пористость, критерий Рейнольдса. Гидродинамическое сопротивление СКВМ для воды выше, чем для предельных углеводородов, что свидетельствует б образовании граничных слоев.
-
Впервые экспериментально изучена смачиваемость отдельных филамен-тов СКВМ диаметром 0,5-2 мкм микрокаплями углеводородных жидкостей, имеющих массу от 4-Ю-11 до 7-Ю-11 г.
-
Экспериментально изучено разделение эмульсий типа "масло в воде" при фильтрации через слой СКВМ. В зависимости от природы ПАЗ время защитного действия фильтра меняется от 3 до 20 минут для фильтра длиной 5 см. . Впервые разработана математическая модель динамики разделения эмульсий в пористой среде из волокнистого материала, удовлетворительно описывающая экспериментальные данные.
Практическая ценность работы.
-
Математическая модель динамики фильтрационного разделения эмульсий типа "масло в воде", созданная в работе .позволяет предсказывать величину времени удерживания "масла" фильтром в зависимости от начальной концентрации эмульсии и параметров процесса.
-
Предложено четыре варианта технологических схем очистки сточных вод фильтрацией через СКВМ, отличавщихся способами регенерации фильтроз.
-
Полученные результаты могут быть использованы при проектировании установки для очистки сточных вод предприятия от эмульгированных нефтепродуктов.
Апробация работа.
Результаты работы были представлены на научно-технической конференции '"Проблемы добычи, транспорта и переработки серозодородсодержашмх газов" в Оренбурге'(апрель 1990г.).
Основные положения работы докладывались на Республиканском совещании "Перспективные материалы, технологии и изделия на их основе" в Минске (апрель 1991г.).
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора
Сглава 1), экспериментальной части (главы 2-4), выводов и списка цити
рованной литературы (139 ссылок), содержит страниц машинописного
текста, рисунков, таблиц и 1 приложение.
Публикации.
Основное содержание работы изложено в пяти печатных работах.