автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Регенерация механических фильтров в процессах очистки нефтезагрязненных сточных вод

Введение.

1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования.

1.1. Источники образования нефтепродуктов.

1.2. Существующие методы очистки сточных вод от 15 нефтепродуктов и взвешенных веществ.

1.3. Фильтрующие материалы и методы их регенерации.

1.3.1. Обзор наиболее применяемых фильтрующих материалов и 24 методов их регенерации.

1.3.2. Применение реагентов для регенерации механических 45 фильтров очистки сточных вод.

1.4. Обзор существующих подходов к описанию регенерации 52 механических фильтров.

2. Разработка математической модели регенерации 59 механического фильтра с использованием поверхностно-активных веществ.

2.1. Образование пленки нефтепродуктов на зерне фильтрующего 59 материала.

2.2. Удаление нефтепродуктов с поверхности зерна фильтрующего 70 материала.

2.3. Математическое описание регенерации зернистого 73 фильтрующего материала.

3. Исследование и разработка технологии регенерации 80 механического фильтра с применением поверхностно-активных веществ.

3.1. Объекты исследования и их свойства.

3.2. Моделирование и методика проведения эксперимента.

3.3. Экспериментальное определение наилучших условий 120 процесса регенерации.

3.4. Оценка проведения исследований.

4. Технико-экономическая эффективность и степень 159 экологической безопасности разработанных технологических решений.

4.1. Оценка экономической эффективности технологии.

4.2. Оценка экологической безопасности технологических 171 решений.

Увеличение производительности и эффективности работы существующих очистных сооружений, а также разработка подобного оборудования с низкой энерго- и материалоемкостью приобретает все более важное значение. Это связано с общей тенденцией уменьшения образования отходов и увеличения степени защиты окружающей природной среды от негативного антропогенного воздействия.

Очистка поверхностных и производственных сточных вод, основанная на применении процессов осаждения и фильтрования, характеризуется высокой производительностью, невысокими энергетическими и материальными затратами по сравнению с другими процессами, используемыми при водоочистке. Эффективность очистки сточных вод рассчитывается по содержанию двух основных компонентов — взвешенных веществ и нефтепродуктов [129]. В зависимости от гидравлической крупности взвешенных веществ, представляющих собой нерастворимые твердые частицы, они могут быть задержаны в песколовках, отстойниках, фильтрах. Для очистки сточных вод от взвешенных веществ применяют открытый механический фильтр. В качестве фильтрующего материала используют песок или дробленый керамзит. Как правило, механический фильтр применяют на заключительном этапе переработки сточных вод, а именно перед выпуском очищенной сточной воды в природный водный объект или повторным её использовании в производстве. Поэтому механический фильтр должен обеспечивать достаточно высокое качество перерабатываемых сточных вод.

Нефтепродукты сточных вод обычно представляют смесь фракций нефти, образовавшихся при работе оборудования предприятия или автотранспорта. На очистные сооружения нефтепродукты поступают в эмульгированном, деэмульгированном состоянии или сорбированные на твердых частицах (взвешенных веществах). Часть нефтепродуктов задерживается в отстойниках, оборудованных нефтеловушками, причем нефтепродукты могут выпадать с взвешенными веществами в осадок. При прохождении сточных вод через фильтр нефтепродукты сорбируются на поверхности зерен фильтрующего материала и образуют прочную пленку, что снижает эффективность работы аппарата и существенно затрудняет проведение его регенерации.

При выборе фильтрующего материала и метода его регенерации, как правило, руководствуются действующими нормативными документами, которые отражают только лишь общие условия эксплуатации фильтра [130]. Предполагается, что колебание концентраций загрязняющего вещества в неочищенных стоках невелико, причем условия регенерации фильтра не учитывают физико-химических особенностей взаимодействия фильтроматериала и загрязнений. Проведенный анализ результатов работ отечественных и зарубежных исследователей показал, что фильтрующие материалы в зависимости от своей природы способны эффективно задерживать загрязняющее вещество в строго определенном интервале значений его концентраций [9, 41, 40, 65, 77, 101, 105, 110, 133]. Большинство научных работ посвящены фильтрованию и регенерации фильтрующего материала в процессе очистки сточных вод, содержащих твердые частицы [77, 101, 132-139]. Наличие же пленки нефтепродуктов на зерне фильтрующего материала существенным образом изменяет механизм процесса регенерации. Этот факт имеет важное значение, поскольку метод и условия проведения регенерации существенным образом влияют на условия и параметры фильтрования при эксплуатации механического фильтра и должны быть учтены на стадии его проектирования [66, 129, 130]. Установлено, что для зернистых механических фильтров экономически целесообразным и экологически безопасным является регенерация с применением реагентов.

Изучение регенерации механических фильтров в процессах очистки нефтезагрязненных сточных вод позволяет не только эффективно управлять данным процессом, но и прогнозировать время работоспособности фильтра.

Возникает необходимость в разработке технологий эффективной регенерации и уточненной методики расчета фильтров.

В настоящей работе проведен анализ существующих методов очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ, а также наиболее широко применяемых фильтрующих материалов, методов их регенерации и используемых для этих целей реагентов.

Исследован процесс регенерации минеральных инертных фильтрующих материалов, загрязненных нефтепродуктами, с применением поверхностно-активных веществ в открытых механических фильтрах, а также получены кинетические зависимости изменения толщины нефтяной пленки на зерне фильтрующего материала и порозности его слоя.

Получена количественная зависимость для расчета критических значений касательных напряжений на поверхности загрязненного зерна фильтрующего материала.

Определена скорость регенерации песчаных и керамзитовых загрузок, загрязненных нефтепродуктами, в зависимости от состава регенерирующего раствора.

На основании разработанной математической модели процесса регенерации с использованием поверхностно-активных веществ получена возможность прогнозирования работоспособности фильтра и расчета его основных конструктивных размеров.

Разработана методика теоретического расчета рецептур с использованием поверхностно-активных веществ в зависимости от природы, а также состояния фильтрующего материала и нефтепродуктов.

Разработана методика и схема регенерации промышленных фильтров, а также схемы различных вариантов использования и утилизации регенерирующего раствора, исключающие загрязнение окружающей природной среды.

Разработана методика технико-экономической оценки состояния фильтрующей загрузки для её последующей регенерации или утилизации.

Общие выводы.

1. Разработана технология регенерации механического фильтра доочистки поверхностного и промышленного стока реагентным методом с применением поверхностно-активных веществ.

2. На основании математической модели процесса регенерации с применением поверхностно-активных веществ определены параметры его проведения в зависимости от природы фильтрующего материала, нефтепродукта и применяемого реагента.

3. Определены критерии составления рабочих растворов поверхностно-активных веществ с учетом высокой эффективности процесса и экологической безопасности.

4. Показано каким образом учет применения регенерации с поверхностно-активными веществами на стадии проектирования влияет на конструкционные параметры фильтра и процесс фильтрования. Установлено, что однократное её применение продлевает время фильтрования при высокой степени очистки — 99 %, в течение нескольких дней. Периодическое применение реагентной регенерации увеличивает производительность фильтра.

5. Разработано несколько принципиальных схем применения и утилизации рабочих растворов ПАВ. Все предлагаемые схемы исключают загрязнение окружающей природной среды нефтепродуктами и ПАВ, что экспериментально подтверждается.

6. На основании полученной методики оценки состояния фильтрующей загрузки решается вопрос о целесообразности применении регенерации или утилизации фильтрующего материала.

1. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества и моющие средства -Москва: Наука, 1993 270с.

2. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества: свойства и применение Ленинград: Химия, 1981. - 304с.

3. Абрамзон A.A. Справочник. Поверхностно-активные вещества -Ленинград: Химия, 1979. 376с.

4. Абрамзон A.A., Щукин Е.Д Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества. Справочник. Ленинград: Химия, 1984. - 392с.

5. Алтунина Л.К. Увеличение нефтеотдачи пластов композициями ПАВ- Новосибирск: Наука, 1995. 197с.

6. Апакидзе Т.М. Коллоидная химия поверхностных процессов в маслах- Москва: ЦНИИТ Энергетики, 1996. 57с.

7. Ахматова A.C. Молекулярная физика граничного трения Москва: Физматиздат, 1963. -472с.

8. Аэров М. Э., Тодес О. М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем -Ленинград: Химия, 1968. 510с.

9. Аюкаев Р. И., Мельцер В. 3. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды Ленинград: Стройиздат, 1985. -240 с.

10. Вазелин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии / 5-е издание / М.: Просвещение, 1980. 115 с.

11. Байков У.М., Галиев М.А. Охрана природы на нефтепромыслах Башкирии Уфа: Башкирское книгоиздательство, 1987. - 151с.

12. Белянин H.H., Данилов В.М. Промышленная чистота машин -Москва: Машиностроение, 1982. 224 с.

13. Бердичевский Л.И., Ярош Н.С. Очистка масел при стендовой приработке двигателей // журнал Техника в сельском хозяйстве, №9, 1985.-с. 14

14. Берне Ф. Водоочистка. Очистка сточных вод нефтепереработки. Подготовка водных систем охлаждения Москва: Химия, 1997288 с.

15. Берне Ф. , Ж. Кордонье Водоподготовка Москва: Химия, 1997. -80с.

16. Блянкман Л. М. В. Г. Пономарев Н. Л. Смирнова Очистка фильтрующих материалов / 2-е издание / Москва: Энергоиздат, 1982. -92 с.

17. Богатин Ю.В. Экономическая оценка и эффективность работы -Москва: Издательство стандартов, 1991. -215 с.

18. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии Москва: Химия, 1969. - 565 с.

19. Бутков В.В., Жихарев A.C., Клочин A.A. Физикохимия гетерогенных систем Москва: МГАХМ, 1993. - 112 с.20