Помощь студентам в учебе
Получение и применение магнитных сорбентов для очистки водных растворов от нефтепродуктов
|
Список сокращений 7
Введение 8
1. Литературный обзор 11
1.1. Проблема загрязнения водных объектов нефтепродуктами 11
1.2. Методы очистки вод от нефтепродуктов 15
1.3. Сорбционный метод очистки загрязненных вод 19
1.4. Применение отходов деревообработки в качестве сорбционных материалов для очистки воды от нефтепродуктов 21
1.5. Применение магнитных сорбентов для очистки вод 26
2. Материалы и методы 34
2.1. Получение магнитных сорбционных материалов и исследование их физико-химических свойств 35
2.2. Методика определения токсичности СМ 39
2.3. Исследование адсорбции растворенных нефтепродуктов в динамических условиях 40
2.4. Методика измерения содержания нефтепродуктов 44
3. Результаты и их обсуждения 48
3.1. Физико-химические свойства СМ 51
3.2. Очистка водных растворов от нефтепродуктов в динамических условиях 52
3.3. Результаты исследований токсичности золы после утилизации МСМ. . 58
3.4. Разработка схемы производства и утилизации отработанного
сорбционного материала 59
3.5. Расчет себестоимости МСМ 63
Заключение 68
Список литературы
Введение 8
1. Литературный обзор 11
1.1. Проблема загрязнения водных объектов нефтепродуктами 11
1.2. Методы очистки вод от нефтепродуктов 15
1.3. Сорбционный метод очистки загрязненных вод 19
1.4. Применение отходов деревообработки в качестве сорбционных материалов для очистки воды от нефтепродуктов 21
1.5. Применение магнитных сорбентов для очистки вод 26
2. Материалы и методы 34
2.1. Получение магнитных сорбционных материалов и исследование их физико-химических свойств 35
2.2. Методика определения токсичности СМ 39
2.3. Исследование адсорбции растворенных нефтепродуктов в динамических условиях 40
2.4. Методика измерения содержания нефтепродуктов 44
3. Результаты и их обсуждения 48
3.1. Физико-химические свойства СМ 51
3.2. Очистка водных растворов от нефтепродуктов в динамических условиях 52
3.3. Результаты исследований токсичности золы после утилизации МСМ. . 58
3.4. Разработка схемы производства и утилизации отработанного
сорбционного материала 59
3.5. Расчет себестоимости МСМ 63
Заключение 68
Список литературы
На сегодняшний день нефть и нефтепродукты являются одними из основных видов загрязнений водных объектов. Источниками нефти и ее продуктов являются нефтедобывающие компании, доставка нефтепродуктов, места ее хранения, переработки и использования.
Ежегодно в мире в воду сбрасывается около 600 тыс. тонн нефтепродуктов. Отдельные водные объекты содержат более сотни кубических метров нефтяных загрязнений, хотя являются не только основным источником пресной воды для человека, но и средой обитания многих живых организмов.
Нефть является невосстанавливаемым природным ресурсом [1]. Но всё же ее добыча, транспортировка и переработка сильно вредит окружающей среде. Основной особенностью нефтезагрязнений в водных объектах является их меньшая плотность, по сравнению с водой, и низкая растворимость их в воде.
Появление нефтяных пятен затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. Именно поэтому проблема загрязнения водных объектов нефтью и нефтепродуктами достаточно актуальна в современном мире.
Существует множество методов очистки воды от нефтепродуктов. Их всех можно объединить в 4 группы: механические, физико-химические, химические и биологические.
Среди физико-химических методов очистки наиболее часто применяется адсорбционный метод. На сегодняшний день на рынке представлено множество различных сорбционных материалов. Однако многие из них дорогостоящие и требуют применения сложного оборудования и материалов, поэтому актуальной становится задача поиска новых методов и сорбционных материалов для очистки воды от нефтепродуктов.
В связи с этим перспективным становится исследование возможности применения отходов производства в качестве сорбционных материалов. В последние годы рядом зарубежных и отечественных исследователей широко изучаются сорбционные свойства ультратонких частиц магнетита, в том числе и по отношению ко многим НП [2]. Преимущество магнитных СМ состоит в том, что их местоположение может определяться при помощи магнитного поля, что позволяет легко извлекать отработавший магнитный сорбент с помощью магнитных зондов, ловушек и.т.п. Сорбенты с магнитными свойствами могут применяться для контактной очистки сточных вод, а также сбора НП с поверхности водоемов.
В выпускной квалификационной работе рассмотрен адсорбционный метод очистки водных растворов от растворенных нефтепродуктов, в котором очистка производится в результате пропускания водных растворов через магнитные композиционные сорбенты на основе отходов МДФ-плит и угля марки БАУ-А.
Применение таких сорбционных материалов позволяет существенно упрощать адсорбционный процесс ввиду проведения сорбции на больших скоростях и легкости отделения сорбционного материала от растворов под воздействием магнитных сил. Также преимуществом использования сорбентов на основе отходов производства является решение нескольких задач: во- первых, применение отходов в качестве СМ возводит их в ранг вторичных материальных ресурсов, во-вторых, сбор и возврат НП решает проблемы ресурсо- и энергосбережения.
На основе вышеизложенного, целью выпускной квалификационной работы является снижение негативного воздействия нефтепродуктов на водные объекты с помощью магнитных сорбционных материалов полученных на основе отходов производства МДФ-плит и активированного угля марки БАУ- А.
Выполнение поставленной цели требует решения следующих задач:
1. Обзор различных методов очистки воды от нефтепродуктов;
2. Получение магнитных сорбционных материалов;
3. Исследование физико-химических свойств исходных и модифицированных образцов сорбционных материалов;
4. Проведение экспериментов по адсорбции растворенных нефтепродуктов из водных растворов в динамических условиях;
5. Разработка способа утилизации отработанных сорбционных материалов;
6. Оценка экономической эффективности применения предлагаемых сорбционных материалов
Ежегодно в мире в воду сбрасывается около 600 тыс. тонн нефтепродуктов. Отдельные водные объекты содержат более сотни кубических метров нефтяных загрязнений, хотя являются не только основным источником пресной воды для человека, но и средой обитания многих живых организмов.
Нефть является невосстанавливаемым природным ресурсом [1]. Но всё же ее добыча, транспортировка и переработка сильно вредит окружающей среде. Основной особенностью нефтезагрязнений в водных объектах является их меньшая плотность, по сравнению с водой, и низкая растворимость их в воде.
Появление нефтяных пятен затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. Именно поэтому проблема загрязнения водных объектов нефтью и нефтепродуктами достаточно актуальна в современном мире.
Существует множество методов очистки воды от нефтепродуктов. Их всех можно объединить в 4 группы: механические, физико-химические, химические и биологические.
Среди физико-химических методов очистки наиболее часто применяется адсорбционный метод. На сегодняшний день на рынке представлено множество различных сорбционных материалов. Однако многие из них дорогостоящие и требуют применения сложного оборудования и материалов, поэтому актуальной становится задача поиска новых методов и сорбционных материалов для очистки воды от нефтепродуктов.
В связи с этим перспективным становится исследование возможности применения отходов производства в качестве сорбционных материалов. В последние годы рядом зарубежных и отечественных исследователей широко изучаются сорбционные свойства ультратонких частиц магнетита, в том числе и по отношению ко многим НП [2]. Преимущество магнитных СМ состоит в том, что их местоположение может определяться при помощи магнитного поля, что позволяет легко извлекать отработавший магнитный сорбент с помощью магнитных зондов, ловушек и.т.п. Сорбенты с магнитными свойствами могут применяться для контактной очистки сточных вод, а также сбора НП с поверхности водоемов.
В выпускной квалификационной работе рассмотрен адсорбционный метод очистки водных растворов от растворенных нефтепродуктов, в котором очистка производится в результате пропускания водных растворов через магнитные композиционные сорбенты на основе отходов МДФ-плит и угля марки БАУ-А.
Применение таких сорбционных материалов позволяет существенно упрощать адсорбционный процесс ввиду проведения сорбции на больших скоростях и легкости отделения сорбционного материала от растворов под воздействием магнитных сил. Также преимуществом использования сорбентов на основе отходов производства является решение нескольких задач: во- первых, применение отходов в качестве СМ возводит их в ранг вторичных материальных ресурсов, во-вторых, сбор и возврат НП решает проблемы ресурсо- и энергосбережения.
На основе вышеизложенного, целью выпускной квалификационной работы является снижение негативного воздействия нефтепродуктов на водные объекты с помощью магнитных сорбционных материалов полученных на основе отходов производства МДФ-плит и активированного угля марки БАУ- А.
Выполнение поставленной цели требует решения следующих задач:
1. Обзор различных методов очистки воды от нефтепродуктов;
2. Получение магнитных сорбционных материалов;
3. Исследование физико-химических свойств исходных и модифицированных образцов сорбционных материалов;
4. Проведение экспериментов по адсорбции растворенных нефтепродуктов из водных растворов в динамических условиях;
5. Разработка способа утилизации отработанных сорбционных материалов;
6. Оценка экономической эффективности применения предлагаемых сорбционных материалов
В ходе выполнения работы были решены поставленные задачи.
1) Изучены различные методы очистки воды от нефтепродуктов, а именно механические, физико-химические, биологические и химические.
2) Получены магнитные сорбционные материалы на основе отходов древесного волокна производства МДФ-плит и угля марки БАУ-А.
3) Исследованы физико-химические свойства исходных и модифицированных образцов сорбционных материалов, определена насыпная плотность, плавучесть, массовая доля золы, массовая доля влаги, фракционный состав и адсорбционная активность по йоду.
Согласно полученным данным можно сделать вывод, что исходные материалы обладают высокими показателями плавучести. В результате модификации происходит небольшое уменьшение данного показателя в результате осаждения магнетита на поверхности. Также в результате осаждения магнетита происходит увеличение насыпной плотности. Низкая зольность материалов говорит о возможности термической утилизации отработанных СМ. Определена адсорбционная активность по йоду для ДВ которая составила 27,3%, для БАУ-А которая составила 60%.
4) Проведены эксперименты по адсорбции растворенных нефтепродуктов из водных растворов в динамических условиях.
Согласно полученным данным наиболее эффективным оказался сорбционный материал на основе угля марки БАУ-А и Fe3O4., наименее эффективным оказался способ очистки с помощью немодифицированного исходного материала древесного волокна. Также была определена динамическая сорбционная емкость, которая для сорбционного материала ДВ+Fe3O4 составила 3,48 мг/г, степень насыщения - 1000 мл, для сорбционного материала BAY-A+Fe3O4 4,63 мг/г степень насыщения - 1500 мл.
5) Разработаны способы утилизации отработанных сорбционных материалов.
После использования сорбционный материал BAY-A+Fe3O4не подлежит дальнейшей регенерации, его предлагается передавать в специализированную организацию для размещения на полигоне промышленных отходов, а магнитный сорбционный материал ДВ Т'е3О4 предлагается отправлять на изготовление топливных гранул (топливных пеллет).
6) Рассчитана экономическая эффективность применения предлагаемых сорбционных материалов, установлено, что стоимость очистки при использовании в качестве магнитный сорбционных материалов отходов древесного волокна и активированного угля значительно ниже по сравнению с коммерческими сорбентами (если стоимость таких сорбентов как «Миксойл» и «Нефтесорб» составляет 220 и 112 руб/кг соответственно, то стоимость магнитных сорбционных материалов на основе отходов древесного волокна производства МДФ-плит и угля БАУ-А составила 73 и 98 руб/кг соответственно.)
В результате проведенных экспериментов можно сделать вывод, что очистка водных растворов с помощью магнитных сорбционных материалов на основе отходов производства МДФ-плит и угля марки БАУ-А является высокоэффективной. Стоит отметить, что эффективность очистки с помощью композиционного материала на основе древесного волокна и магнетита значительно выше, чем с помощью исходного древесного волокна. В случае с композиционным материалом на основе активированного угля марки БАУ-А эффективность практически не зависит от наличия магнетита.
Таким образом, очистку водных растворов с применением магнитного сорбционного материала на основе древесного волокна и активированного угля с добавлением магнетита можно активно применять на практике. Основными преимуществами такой очистки являются: высокая степень сорбции, проведение сорбции на больших скоростях, легкость отделения сорбционного материала от растворов под воздействием магнитных сил, рациональное использование отходов.
1) Изучены различные методы очистки воды от нефтепродуктов, а именно механические, физико-химические, биологические и химические.
2) Получены магнитные сорбционные материалы на основе отходов древесного волокна производства МДФ-плит и угля марки БАУ-А.
3) Исследованы физико-химические свойства исходных и модифицированных образцов сорбционных материалов, определена насыпная плотность, плавучесть, массовая доля золы, массовая доля влаги, фракционный состав и адсорбционная активность по йоду.
Согласно полученным данным можно сделать вывод, что исходные материалы обладают высокими показателями плавучести. В результате модификации происходит небольшое уменьшение данного показателя в результате осаждения магнетита на поверхности. Также в результате осаждения магнетита происходит увеличение насыпной плотности. Низкая зольность материалов говорит о возможности термической утилизации отработанных СМ. Определена адсорбционная активность по йоду для ДВ которая составила 27,3%, для БАУ-А которая составила 60%.
4) Проведены эксперименты по адсорбции растворенных нефтепродуктов из водных растворов в динамических условиях.
Согласно полученным данным наиболее эффективным оказался сорбционный материал на основе угля марки БАУ-А и Fe3O4., наименее эффективным оказался способ очистки с помощью немодифицированного исходного материала древесного волокна. Также была определена динамическая сорбционная емкость, которая для сорбционного материала ДВ+Fe3O4 составила 3,48 мг/г, степень насыщения - 1000 мл, для сорбционного материала BAY-A+Fe3O4 4,63 мг/г степень насыщения - 1500 мл.
5) Разработаны способы утилизации отработанных сорбционных материалов.
После использования сорбционный материал BAY-A+Fe3O4не подлежит дальнейшей регенерации, его предлагается передавать в специализированную организацию для размещения на полигоне промышленных отходов, а магнитный сорбционный материал ДВ Т'е3О4 предлагается отправлять на изготовление топливных гранул (топливных пеллет).
6) Рассчитана экономическая эффективность применения предлагаемых сорбционных материалов, установлено, что стоимость очистки при использовании в качестве магнитный сорбционных материалов отходов древесного волокна и активированного угля значительно ниже по сравнению с коммерческими сорбентами (если стоимость таких сорбентов как «Миксойл» и «Нефтесорб» составляет 220 и 112 руб/кг соответственно, то стоимость магнитных сорбционных материалов на основе отходов древесного волокна производства МДФ-плит и угля БАУ-А составила 73 и 98 руб/кг соответственно.)
В результате проведенных экспериментов можно сделать вывод, что очистка водных растворов с помощью магнитных сорбционных материалов на основе отходов производства МДФ-плит и угля марки БАУ-А является высокоэффективной. Стоит отметить, что эффективность очистки с помощью композиционного материала на основе древесного волокна и магнетита значительно выше, чем с помощью исходного древесного волокна. В случае с композиционным материалом на основе активированного угля марки БАУ-А эффективность практически не зависит от наличия магнетита.
Таким образом, очистку водных растворов с применением магнитного сорбционного материала на основе древесного волокна и активированного угля с добавлением магнетита можно активно применять на практике. Основными преимуществами такой очистки являются: высокая степень сорбции, проведение сорбции на больших скоростях, легкость отделения сорбционного материала от растворов под воздействием магнитных сил, рациональное использование отходов.