Сорбенты из углеродсодержащих отходов для очистки сточных вод от нефтепродуктов

ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Сорбционный метод очистке сточных вод
1.2. Сорбенты и их свойства
1.2.1. Общие понятия сорбентов.
1.2.2. Классификация сорбентов.
1.3. Сорбенты для очистки сточных вод от нефтепродуктов
1.4. Переработка и утилизация углеродосодержащих отходов методом
непрерывного пиролиза
1.4.1. Пиролиз отходов
1.3.2.1. Твердый продукт пиролиза древесных опилок
1.3.2.2. Твердый продукт пиролиза иловых осадков
1.3.2.3. Твердый продукт пиролиза резинотехнических изделий
1.4. Способы получения сорбентов для очистки сточных вод от
нефтепродуктов.
1.4.1. Патент RU №2393917. Способ получения сорбента для очистки
сточных вод от нефтепродуктов
1.4.2. Патент RU №2352388. Способ получения сорбента для очистки воды
1.4.3. Патент RU № 2528863. Биоразлагаемый композиционный сорбент
нефти и нефтепродуктов1.4.5. Патент WO 2012174616 A1. Пористый магнитный сорбент
1.5. Характеристика нефтепродуктов.
1.6. Загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами.
1.7.2. Влияние нефтяных загрязнений на окружающую среду
2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА
2.1. Лазерный анализатор размеров частиц марки «Microsizer 201С»
2.1.1. Назначение и область применения
2.1.2. Принцип действия
Анализатор измеряет весовые доли частиц в следующих интервалах размеров:
Диапазон измерения весовых долей частиц
2.2. Анализатор влажности марки ML-50
2.3. Спектрофотометр UNICO – 2800
2.4. Потенциометрия
2.4.1. Принцип метода
2.4.2. Иономер И-160М
2.5. Кондуктометрия
2.5.1. Принцип метода
2.5.2. Кондуктометр АНИОН-7020.
2.6. Хроматограф жидкостной марки «Стайер».
2.6.1. Назначение и область применения
2.7.1. Методика измерений массовой концентрации НП
2.7.2. Концентратомер КН-3 – анализатор нефтепродуктов, жиров и НПАВ
в природных объектах
2.7.2.2. Область применения
2.8. Определение токсичности веществ по смертности тест-объектов......... 62
2.8.1. Принцип методики
2.8.2. Подготовка посуды для отбора, хранения проб и биотестирования. . 63
2.8.3. Подготовка культивационной воды
2.8.4. Оценка результатов токсикологического анализа.
2.9. Метод рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) сканирующим
электронным микроскопом марки «Jeol JSM-6390 LA»
2.9.1. Принцип метода РФА
2.9.2. Характеристика сканирующего электронного микроскопа марки «Jeol
JSM-6390 LA»
2.10. Анализатор удельной поверхности Quantachrome Instruments
2.10.1. Назначение средства измерений.
2.10.2. Описание средства измерений
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
3.1. Внешний вид.
3.2. Гранулометрический состав твердых продуктов пиролиза.
3.3. Определение влажности ТПП
3.4. Измерение массовой доли золы
3.5. Определение насыпной плотности ТПП
3.6. Определение показателей водной вытяжки
3.6.1. Определение биохимического потребления кислорода (БПК) ........... 77
3.6.2. Определение содержания анионов и катионов
3.7. Адсорбционная активность по метиленовому голубому.
3.8. Измерение показателей сорбции нефтепродуктов твердым продуктом
пиролиза
3.9. Измерение показателей статической сорбции растворенных НП
твердым продуктом пиролиза
3.10. Измерение показателей статической сорбции эмульгированных НП
(моторное масло) твердым продуктом пиролиза
3.11. Определение токсичности продуктов пиролиза биотестированием... 87
3.12. Исследование структуры сорбента
3.13. Активация твердых продуктов пиролиза
3.14. Измерение массовой доли золы после активации
3.15. Адсорбционная активность по метиленовому голубому
3.16. Определение показателей водной вытяжки после активации.
3.17. Измерение показателей динамической сорбции нефтепродуктов
твердым продуктом пиролиза после активации.
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
4.1 Охрана труда при работе в учебных лабораториях кафедры химии и
экологии НЧИ КФУ
4.1.1 Общие положения
4.1.2 Требования безопасности перед началом работы
4.1.3 Требования безопасности во время работы
4.1.4 Требования безопасности по окончании работы
4.1.5 Действия персонала при несчастных случаях и пожаре
4.2 Охрана труда при работе с химической посудой и приборами из стекла
4.2.1 Общие положения
4.2.2 Требования безопасности перед началом работы
4.2.3 Требования безопасности во время работы
4.2.4 Требования безопасности по окончании работы
4.2.5 Действия персонала при возникновении аварийной ситуации и при
пожаре
4.3 Охрана труда при работе с кислотами и щелочами
4.3.1 Общие положения
4.3.2 Требования безопасности перед началом работы
4.3.3 Требования безопасности во время работы
4.3.4 Действия персонала в аварийной ситуации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Купить

По данным Росприроднадзора [1] в Российской Федерации накоплено более 35 млрд. т опасных отходов. В 2014 г. объем образования отходов, в том числе по видам деятельности и классам опасности, составил 5168,3 млн. т. При этом на долю опасных отходов (I-IV класс опасности) приходилось 124,3 млн. т. Под полигоны отходов и свалки в 2014 г. изъято 121,3 тыс.га.
Объем сточных вод составил по стране в 2014 г. 43890,8 млн.куб.м [2], а сброс загрязняющих веществ в пересчете на сухое вещество - 6629978,2 т, из них нефти и нефтепродуктов - 2044,4 т.
В Республике Татарстан за этот же период образовано 3,379 млн.т отходов производства и потребления, из них использовано 2,177 млн.т и обезврежено 0,322 млн.т.
Твердых коммунальных отходов образовано 7,434 млн.т, вывезено на полигоны захоронения 7,010 млн.т, а на предприятия по переработке - всего 0,414 млн.т.
Сброс загрязненной сточной воды недостаточно очищенной составил 355,9 млн.куб.м, а загрязненной сточной воды без очистки 83,5 млн.куб.м.
Республика Татарстан признается одним из самых загрязненных нефтью субъектом РФ в связи с аварийными прорывами трубопроводов и излияниями во время испытаний либо ремонта нефтяных скважин [3]. По территории региона проходят нефтепроводы общей длиной в 35 тысяч км, а совокупное количество скважин достигает 33 тысяч. Подобные случаи негативно отражаются на экологической составляющей в целом и на состоянии почв в юго-восточных районах Татарстана, где активно ведется нефтедобыча.
Наступило время, когда государству, обществу, бизнесу, ученым необходимо предпринять консолидированные действия, направленные на исправление сложившейся неблагоприятной обстановки в области охраны окружающей среды. Негативное техногенное воздействие на окружающую среду связано, прежде всего, с эмиссией загрязняющих веществ в окружающую среду в результате антропогенной деятельности и изъятием из природной среды для удовлетворения человеческих потребностей части природных ресурсов, включая воздух (в первую очередь, кислород), воду (поверхностную и подземную), почву, растительность.
Уменьшение такого воздействия возможно за счет:
- перехода на безотходные или малоотходные технологии;
- повышения эффективности очистных сооружений;
- снижения материало- и энергоёмкости производств и повышения их энерго-эффективности;
- переработки отходов и прочих вторичных ресурсов.
В связи с накоплением отходов производства и потребления и ежегодным их образованием в больших объёмах актуальной является переработка иловых осадков, древесных отходов и резинотехнических изделий. Естественно, что экономически целесообразной является такая переработка, которая сопровождается получением из отходов продуктов, обладающих полезными свойствами при небольшой рыночной цене и являющихся востребованными на региональном рынке продукции и услуг.
Не случайно мировым трендом в области управления обращения отходами производства и потребления является переход от складирования отходов к их переработке и очистке [4-5].
Актуальность данной работы обусловлена следующими обстоятельствами:
- Камский экономический район и территория ИнноКам -
нефтегазоносный, нефтеперерабатывающий и нефтехимический регион;
- в регионе располагаются крупные предприятия энергетической отрасли;
- по территории Камского экономического района и ИнноКам проложены нефте- и газо-проводы, где иногда имеют место аварии и разливы нефтепродуктов и нефти;
- машиностроительные производства и автотранспортные предприятия используют СОЖ, нефтепродукты, топлива и смазочные материалы и являются фактическими и «потенциальными» загрязнителями окружающей среды;
- Камский экономический район являет собой значимый транспортный узел федеральной значимости с относительно высоким потреблением горюче-смазочных материалов;
- город Набережные Челны характеризуется всё возрастающим уровнем автомобилизации;
- сточные воды и ливневые стоки предприятий нефтехимии и нефтедобычи, машиностроительные и автотранспортные предприятия региона содержат нефтепродукты и загрязняют поверхностные воды, почвенный и растительный покров.
Объектом исследования являются твердые продукты пиролиза (полукокс, карбонизаты) углеродосодержащих отходов (УСО) - иловых осадков, древесных отходов (опилки), изношенных автомобильных покрышек.
Предметом исследования являются показатели, характеризующие сорбционные свойства твердых продуктов пиролиза по отношению к нефти и нефтепродуктам, содержащимся в поверхностных и сточных водах, - влажность, дисперсионный состав, эффективность сорбции нефти и нефтепродуктов, показатели водной вытяжки - рН, удельная электропроводность, минерализация, токсичность, БПК.
Цель работы - разработка сорбционных материалов для очистки природных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов на основе продуктов низкотемпературного пиролиза углеродосодержащих отходов (иловых осадков, древесных отходов (опилки), изношенных автомобильных покрышек).
Задачи исследования:
- получение твердых продуктов пиролиза трех видов УСО - иловых осадков, древесных отходов (опилки), изношенных автомобильных покрышек, в производственных условиях;
- определение гранулометрического состава твердых продуктов пиролиза УСО;
- изучение токсичности твердых продуктов пиролиза УСО;
- исследование водной вытяжки твердых продуктов пиролиза УСО - рН, удельная электропроводность, минерализация, БПК;
- проведение активации твердых продуктов пиролиза УСО;
- сорбция углеводородов из модельных растворов;
- сорбция нефти из модельных растворов;
- оценка эффективности сорбционных свойств твердых продуктов пиролиза УСО.
Для исследования используются образцы продуктов пиролизной переработки УСО, полученных на производственной линии по пиролизу отходов на иловых полях ООО «Челныводоканал», то есть испытанию подвергаются не лабораторные, а реально производственные продукты (продукты, полученные в производственных условиях). Это означает, что нет необходимости в проведении поэтапных испытаний и отработки технологических процессов производства сорбентов по схеме 1:
В работе применены современные методы пробоподготовки и количественного химического анализа: потенциометрия, ион-селективная ионометрия, кондуктометрия, амперометрия, ИК-спектроскопия, атомная сорбционная и эмиссионная спектроскопии.
Применение предлагаемых сорбционных материалов из продуктов пиролизной переработки УСО будет способствовать:
- уменьшению накопленного экологического ущерба;
- уменьшению площадей под временное и длительное хранение УСО;
- снижению эмиссии вредных веществ при производстве сорбентов из отходов в сравнению с технологиями, где используются природное минеральное или органическое сырье;
- оздоровлению экологической обстановки и сохранению здоровья людей за счет уменьшения запасов УСО и снижения эмиссии вредных веществ;
- развитию технологии пиролизной переработки углеродосодержащих отходов и технологии получения новых сорбентов из отходов производства и потребления;
- расширению номенклатуры сорбционных материалов за счет производства новых эффективных и дешевых сорбентов из отходов;
- увеличению объемов очищенной сточной воды от нефти и нефтепродуктов в регионе, где может быть организовано производство и применение таких сорбционных материалов;
- повышению эффективности работ при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов с использованием предлагаемых сорбентов;
- получению альтернативных газового и жидкого пиролизных топлив в районе накопления или образования углеродсодержащих отходов;
- росту производства сопутствующей продукции пиролиза УСО - электро- и теплоэнергии, что позволит сделать технологию изготовления сорбентов энергетически самодостаточной;
- снижению логических издержек по обращению с углеродосодержащими отходами производства и потребления.

Купить