Аннотация 2
Введение 5
1 Теоретическая часть 8
1.1 Характеристика осадков сточных вод 8
1.2 Сорбционные свойства осадка сточных вод 11
1.3 Методы регенерации сорбентов от нефтепродуктов 14
1.4 Патентный поиск в области получения сорбентов из осадка сточных вод 15
1.5 Пиролиз 19
2. Экспериментальная часть 21
2.1 Получение сорбента из осадков сточных вод 21
2.2 Расчёт материального баланса процесса пиролиза на основе данных эксперимента 23
2.3 Качественный состав отхода осадка сточных вод до и после пиролиза 24
2.3.1 Качественный химический анализ 27
2.4 Исследование сорбционных свойств 29
3 Предложение технологии получения сорбента на основе осадков сточных вод для сбора нефтепродуктов 33
4 Расчет теплового и материального балансов 35
4.1 Расчет материальный баланс для процесса активации 36
4.2 Расчет теплового баланса 38
Заключение 40
Список используемой литературы и используемых источников 41
Бакалаврская работа посвящена проблеме непрерывного увеличения накопления отходов осадка сточных вод, которые неэффективно используются в настоящее время, а также предложению технического решения по их переработке в сорбенты путём разложения в пиролизной печи.
Актуальность работы обусловлена следующими факторами: осадки сточных вод получаемые в процессе очистки сточных вод, постоянно увеличивающиеся в объёме, представляют отход четвертого класса опасности. Отход осадка сточных вод представляет собой коллоидный раствор, имеющий влажность 92-96%, образуется в количестве 900 тыс. м3, в одной только Московской области, по РФ количество составляет от 70 до 80 млн. м3. Места накопления осадков являются средой для размножения различных болезнетворных микроорганизмов, паразитических червей (гельминтов) и прочих переносчиков заболеваний, в своём составе он имеет довольно большие концентрации тяжелых металлов, которые препятствуют его использованию в качестве удобрения [2], [16], так как они находятся в водорастворимых формах и со временем будут загрязнять, как сельскохозяйственную продукцию, выращиваемую на полях так и грунтовые воды.
В настоящее время очень остро стоит проблема нехватки энергоресурсов и современное общество должно стремиться к рациональному природопользованию [1].
Активный ил (отход осадка сточных вод, который образуется после биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях) [20] не имеет какой либо распространённой схемы переработки в полезные продукты и, как следствие, единственный способ его «утилизации» [3], применяемый в настоящее время - это его размещение на иловых картах для его высушивания естественным путём или же обезвоживание механическим способом в центрифугах, с последующим размещением на иловых картах, чтобы в дальнейшем отправить осушенный активный ил на полигоны. Необходимо отметить не рациональность механической осушки, так как после размещения на иловых картах, которые не являются закрытыми емкостями, влажность снова может возрасти по причине выпадения атмосферных осадков.
Так же необходимо отметить, что в осенне-зимний период сушка активного ила полностью прекращается ввиду короткой длительности светового дня, а также низких температур и атмосферных осадков. В таблице 1 представлены методы по обезвреживанию и утилизации осадков сточных вод в разных странах.
Таблица 1 - Методы по обезвреживанию и утилизации осадков сточных вод в разных странах [5]
«Страна / Доля применяемых методов по утилизации в % для массы осадков
Складирование на полигонах / Сжигание / Компостирование / Рекупирационные и другие методы
Россия / 96,7 / 2,0 / 1,3 / -
Австрия / 70,0 / 10,0 / 18,0 / 2,0
Великобритания / 89,0 / 9,5 / 1,4 / 0,1
Бельгия / 62,0 / 29,0 / 9,0 / -
Дания / 27,5 / 70,0 / 0,5 / 2,0
Италия / 60,0 / 25,0 / 10,0 / 5,0
Канада / 80,0 / 19,0 / 1,0 / -
Польша / 98,5 / - / 1,5 / -
США / 85,0 / 14,0 / 0,1 / 0,9
Франция / 46,4 / 40,7 / 12,0 / 0,9
Швейцария / 14,0 / 70,0 / 10,0 /6,0
Швеция / 45,0 / 45,0 / 9,8 / 0,2
Япония / 27,0 / 70,0 / 0,3 / 2,7»
Сжигание является неэффективным методом переработки, так как в осадках сточных вод содержатся полезные компоненты, и для очистки выбросов, которые образуются в процессе сжигания, проектируется сложная и дорогостоящая система их очистки для обеспечения качества атмосферного воздуха (так как соединения серы, азота, и прочих элементов переходят в свои оксиды и улетучиваются).
Целью работы является обоснование использования отхода осадка сточных вод в качестве сорбента для сбора нефтепродуктов для снижения негативного воздействия на окружающую среду.
Задачи работы:
• провести теоретический анализ свойств и видов сорбентов, которые используются для сбора нефтепродуктов;
• экспериментально получить сорбент из осадков сточных вод с использованием физической модели в лабораторных условиях;
• провести экспериментальные исследования по определению качественного химического состава образцов осадка сточных вод с очистных сооружений;
• исследовать сорбционные свойств полученного углеродистого остатка;
• предложить техническое решение получения сорбента на основе осадков сточных вод для сбора нефтепродуктов.
В ходе данной работы был проведено исследование осадков сточных вод для возможности их использования, как сорбента для сбора нефтепродуктов.
В теоретической части были рассмотрены различные методы по утилизации и переработке. Доминирующим методом на настоящее время оказался метод захоронения осадков сточных вод на полигонах.
Анализ качественного состава отхода осадка сточных вод подтвердили возможность их использования в качестве высокоэффективных сорбентов (наличие достаточного количества органического вещества).
На основе анализа литературы определены основные сорбционные свойства активного угля, получаемого из осадков сточных вод, такие как: осветлительная способность, нефтеемкость, емкость макро и мезопор.
Проведен сравнительный анализ с другими сорбентами для сбора нефтепродуктов. Подтверждена теоретическая возможность использования отхода осадка сточных вод для получения сорбента для сбора нефтепродуктов.
Проведен анализ возможности регенерации использованных сорбентов из осадков сточных вод, возможность их использования повторно после продувки водяным паром или необходимо подвергать их повторному пиролизу в печи для освобождения макро и мезопор. Данное использование осадков сточных вод крайне перспективно для нефтеперерабатывающей промышленности, так как в ней непрерывно образуется большое количество нефтешлама, который является веществом с высоким содержанием органических веществ, а значит является хорошим сырьем для получения сорбентов в смешении с осадками сточных вод.
В результате патентного поиска и сравнительного анализа патентов по получению сорбентов из осадков сточных вод обоснован метод получения сорбента - пиролиз.
Были выбраны приоритетные загрязнители, тяжелые металлы, которые препятствуют повторному использованию осадков сточных вод. В ходе патентного поиска была выбрана определенная технология, которая позволяла снизить подвижность тяжелых металлов - приоритетного загрязнителя, а также получить потенциально полезный продукт (активированные угли), а также был проведён химический анализ полученных проб осадка сточных вод который показал, что несмотря на переход тяжёлых металлов при пиролизе из подвижных форм в валовые, которые несмотря на не изменившуюся массу значительно потеряли в растворимости, что снижает нагрузку на окружающую среду.
Были исследованы сорбционные свойства осадков, как до, так и после пиролиза. По катионно-анионно обменной емкости, исследуемый осадок приближен к товарному активированному углю лишь наполовину, однако по количеству макро и мезопор обладает довольно хорошими показателями, но ниже, чем у товарного угля, однако это не значит, что его нельзя использовать в качестве сорбента. Данные полученные в ходе эксперимента позволяют подтвердить возможность использования переработанных осадков в качестве адсорбента.
Было предложено техническое решение по переработке осадков сточных вод в сорбенты. Проведением их сушки, термическая переработка в среднетемпературном пиролизе 500 °C, с последующей обработкой водяным паром, полученные сорбенты можно применять для сбора нефтепродуктов.
Был произведен расчёт выхода осадков сточных вод и посчитан тепловой баланс процесса пиролиза. Для использования осадков сточных вод в качестве полезного продукта, а не отхода. Таким образом будет решена проблема накопления осадков сточных вод и получены доступные сорбенты для сбора нефтепродуктов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
