Технология глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод объектов железнодорожного транспорта с использованием активированного алюмосиликатного адсорбента

На правах рукописи

МЕДВЕДЕВА

Вера Михайловна

ТЕХНОЛОГИЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКТИВИРОВАННОГО АЛЮМОСИЛИКАТНОГО АДСОРБЕНТА

Специальность 05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные

системы охраны водных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2008

Работа выполнена на кафедре «Водоснабжение, водоотведение и гидравлика» Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС).

Научный руководитель: Заслуженный изобретатель РФ

доктор технических наук, профессор

ПЕТРОВ Евгений Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

академик РЖКА

АЮКАЕВ Ренат Исхакович

кандидат технических наук, доцент

ПОДПОРИН Александр

Владимирович

технических на

Ведущая организация: ОАО ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ

«ЛЕНГИПРОТРАНС»

Защита состоится «01» июля 2008 г. в 13 часов 30 мин. на заседании диссертационного совета Д212.223.06 при Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул. д. 4, ауд. 206, тел/факс (812) 316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат диссертации размещен на официальном сайте Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета http://spbgasu.ru

Автореферат разослан ___________________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Дерюгин В.В.

общая характеристика работы

Актуальность темы. Сохранение биосферы Земли в условиях растущего антропогенного воздействия на экологические системы – одна из острейших глобальных проблем современности. Значительную долю в загрязнение рек, озер, морей и других поверхностных водных объектов вносят сточные воды. Неблагополучная ситуация с очисткой сточных вод в большинстве субъектов Российской Федерации обусловлена недостаточно эффективной работой очистных сооружений.

Железнодорожный транспорт, являясь одним из основных перевозчиков грузов и пассажиров, оказывает негативное воздействие на окружающую среду, в том числе по загрязнению вредными веществами поверхностных водных объектов. Несмотря на ежегодное сокращение общего объема сброса сточных вод, структурные подразделения ОАО «РЖД» осуществляют сброс неочищенных и недостаточно очищенных стоков в поверхностные водные объекты, в результате чего происходит загрязнение окружающей среды вредными примесями.

Анализ работы существующих на предприятиях железнодорожного транспорта очистных сооружений показывает, что многие из них в настоящее время не в полной мере отвечают современным нормативным требованиям природоохранных органов к качеству очищенной воды. Добиться снижения объема сброса загрязнений в поверхностные водные объекты возможно лишь за счет внедрения современных передовых технологий очистки при реконструкции и строительстве локальных канализационных очистных сооружений предприятий.

В данной работе предложена новая технология очистки загрязненных сточных вод предприятий железнодорожного транспорта от нефтепродуктов методом фильтрования через активированный алюмосиликатный адсорбент, изготовленный на основе каолиновой или кембрийской глины.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является разработка новой технологии доочистки производственных сточных вод структурных подразделений ОАО «РЖД» от нефтепродуктов, до норм, установленных территориальными природоохранными органами, с повторным использованием очищенной воды для технологических нужд предприятия.

В соответствие с поставленной целью сформулированы следующие основные задачи работы:

- обосновать и сформулировать основные физико-химические представления о механизме сорбционной очистки нефтесодержащего стока на активированном алюмосиликатном адсорбенте;

- на основании полученных экспериментальных данных по фильтрованию сточных вод через адсорбент обосновать соответствие процесса очистки нефтесодержащего стока на активированном алюмосиликатном адсорбенте общим закономерностям динамики сорбции из жидких сред;

- разработать эффективный способ восстановления сорбционной активности фильтрующей загрузки из активированного алюмосиликатного адсорбента;

- подготовить методику технологического регламента работы сорбционных фильтров;

- рассчитать технологические характеристики производственного многостадийного процесса очистки нефтесодержащих сточных вод локомотивного депо, произвести его апробацию в производственных условиях и определить эффективность разработанной технологии.

Научная новизна работы:

- обоснована физико-химическая сущность процесса сорбционной очистки нефтесодержащего стока на активированном алюмосиликатном адсорбенте;

- на основании экспериментальных данных обосновано соответствие процесса очистки нефтесодержащих сточных вод на активированном алюмосиликатном адсорбенте общим закономерностям динамики сорбции из жидких сред;

- разработана методика расчета физических и технологических параметров процесса сорбционной очистки нефтесодержащего стока;

- определен наиболее эффективный способ регенерации фильтрующей загрузки из активированного алюмосиликатного адсорбента;

- по результатам проведенных исследований в работе даны практические рекомендации по применению активированного алюмосиликатного адсорбента для очистки нефтесодержащих стоков.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Достоверность приведенных в диссертации научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании известных теоретических разработок, физически достоверных математических моделей, соответствующих экспериментальных результатах, полученных автором и другими исследователями, а также данных производственных испытаний.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Благодаря созданию и промышленному освоению активированного алюмосиликатного адсорбента, способного восстанавливать свою сорбционную активность посредством предложенной технологии регенерации, осуществляемой непосредственно в фильтровальном сооружении, появилась новая возможность создания малоотходных систем водопользования в структурных подразделениях ОАО «РЖД». Активированный алюмосиликатный адсорбент способен выполнять свои функции в течение нескольких лет при периодической его промывке и активации.

Использование активированного алюмосиликатного адсорбента позволяет модернизировать действующую либо создать новую технологическую схему очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, что приведет к значительному снижению затрат на очистку.

Результаты исследований были реализованы при доочистке нефтесодержащих стоков активированным алюмосиликатным адсорбентом в локомотивном депо «Ульяновск-центр» Куйбышевской железной дороги – филиала ОАО «РДЖ». После внедрения новой технологии доочистки нефтесодержащих сточных вод значительно улучшилось качество очищенных сточных вод, а также сократились эксплуатационные затраты предприятия, включающие оплату используемой на производственные нужды воды и сброс в горканализацию загрязненных производственных стоков.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и были одобрены на научно-технических конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов в Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения («Безопасность как фактор устойчивого развития региона» г. Ижевск, 2007 г.) и на 65-ой научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов Санкт-Петербургской архитектурно-строительной академии (секция водоотведение и экология) 5-6 февраля 2008 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 статей, в том числе 1 в ВСТ №8 за 2007 год.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем диссертации составляет 163 страницы текста, включая 15 рисунков, 24 таблицы, 3 приложения на 37 страницах. Список литературы содержит 124 наименования.

основные положения диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и определены основные направления исследований.

В первой главе диссертации проведен анализ состояния существующих на предприятиях железнодорожного транспорта систем очистки сточных вод, доказывающий необходимость внедрения технологий доочистки, позволяющих снижать загрязнение окружающей среды. Проведен анализ современных технологий очистки стоков от нефтепродуктов. В соответствии с литературными данными при очистке и доочистке нефтесодержащих стоков используются:

- сорбционные методы очистки, при осуществлении которых в качестве сорбентов используются различные материалы естественного происхождения и модифицированные, в т.ч. стекловолокно, активированный уголь, мезопористый ископаемый уголь (МИУ-С), торф, зола, мелкий кокс, силикагель, вермикулит, гидрофобизированный перлит, зауглероженный вермикулит, базальтовая вата модифицированная;

- мембранный метод доочистки нефтесодержащих сточных вод;

- биохимический метод очистки (использование специализированных бактериальных культур) сочетающих фильтрацию и биоокисление;

Указанные методы имеют ряд недостатков, которые не позволяют рекомендовать их для применения на железнодорожных предприятиях. Так, мембранные методы образуют экологически опасные отходы, которые требуют утилизации, кроме того мембраны весьма чувствительны к присутствию взвеси и коллоидных веществ и при их наличии в очищаемой воде быстро выходят из строя; биохимические методы недостаточно эффективны при удалении больших концентраций нефтезагрязнений; в сорбционных методах используются дорогие вещества для регенерации, к тому же известно, что большинство используемых адсорбентов практически не регенерируются и их приходится утилизировать вместе с сорбированными нефтепродуктами.

Однако в последнее время, был создан ряд адсорбентов длительного действия, способных восстанавливать свою сорбционную активность посредством регенерации, осуществляемой в фильтровальном сооружении. К таким адсорбентам относится активированный алюмосиликатный адсорбент (ААА), полученный на основе природного глинистого минерала с активирующей добавкой. Основным технологическим приемом использования ААА при очистке сточных вод является фильтрование.

Значительный вклад в развитие теории фильтрования внесли многие ученые, такие как Аюкаев Р.И., Айвес К., Веницианов Е.В., Деб К., Журба М.Г., Ильин Ю.А., Клячко В.А., Кульский Л.А., Мельцер В.З., Мацкрле В., Минц Д.М., Петров Е.Г., Шуберт С.А. и др. Особо следует отметить работы Веницианова Е.В., в которых дальнейшее развитие получила теория динамики сорбции из жидких сред, позволяющая с единых позиций рассматривать диффузионные, ионообменные и фильтрационные процессы.

Поскольку при фильтрации сточных вод, содержащих нефтепродукты, в слое адсорбента в различной степени происходят указанные процессы, необходимо было обосновать соответствие процесса очистки нефтесодержащего стока фильтрованием через сорбент ААА общим закономерностям динамики сорбции из жидких сред.

Во второй главе представлены результаты исследований по определению эффективности и динамики процесса очистки нефтесодержащего стока при фильтровании его через адсорбент, изготовленный из природной глины с добавкой доломита в количестве 15% от массы глины. Исследования проводились на коротком слое адсорбента по методике Е.В. Веницианова и Е.Г. Петрова, на реальных сточных водах локомотивного депо, прошедших предварительную очистку во флотационных сооружениях и содержащих в своем составе различные концентрации нефтепродуктов. Скорость фильтрования стока в экспериментах назначалась от 3 до 5 м/ч.

Отбор проб фильтрата производили через каждые 30 минут. Определялись такие показатели, как концентрация нефтепродуктов и рН. Содержание нефтепродуктов в исследуемой пробе определялось на анализаторе нефтепродуктов АН-2, величина рН измерялась иономером И-500. Степень очистки стока во времени оценивалась уровнем проскоковой концентрации нефтепродуктов в фильтрате - и, мг/л, который определялся отношением Сф /Сисх, где Сф – концентрация нефтепродуктов в фильтрате, мг/л, Сисх – концентрация нефтепродуктов в исходной воде, поступающей на фильтрацию мг/л.

Испытания алюмосиликатного адсорбента на коротком слое, показали достаточно высокую эффективность извлечения нефтепродуктов, причем скорость продвижения фронта концентраций невысока, что указывает на достаточно высокую емкость поглощения загрязнения адсорбентом.

Результаты фильтрования представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Результаты опытных испытаний очистки нефтесодержащего стока фильтрованием через короткий слой активированного алюмосиликатного адсорбента

Вид адсорбента	Объем воды от начала фильтрования, л	Концентрация нефтепродуктов в исходном стоке, мг/л
		8,7			15,3			23,9
		Скорость фильтрования, м/ч
		3	4	5	3	4	5	3	4	5
		Уровень проскоковой концентрации нефтепродуктов в фильтрате U = Cф / Cи
Активированный алюмосиликатный Кембрийская глина + доломит15% весовых от массы глины	1,92	0,05	0,05	0,06	0,06	0,07	0,08	0,06	0,07	0,08
	3,84	0,10	0,11	0,12	0,12	0,14	0,14	0,12	0,12	0,13
	5,76	0,16	0,16	0,18	0,19	0,21	0,24	0,21	0,20	0,22
	7,68	0,28	0,29	0,29	0,32	0,32	0,34	0,31	0,31	0,33
	9,60	0,42	0,43	0,44	0,48	0,50	0,54	0,48	0,48	0,47
	11,52	0,53	0,54	0,56	0,61	0,68	0,72	0,59	0,59	0,69
	13,44	0,61	0,62	0,63	0,66	0,73	0,77	0,66	0,66	0,78
	15,36	0,68	0,70	0,72	0,74	0,76	0,80	0,76	0,76	0,82
№№ опытов		1	2	3	4	5	6	7	8	9