WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ВАЙНШТОК ПЛАТОН НИКОЛАЕВИЧ

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Специальность 03.02.08 – «Экология»

(в химии и нефтехимии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2014

Работа выполнена на кафедре «Прикладная экология» в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Назаров Владимир Дмитриевич.

Официальные оппоненты: Галкин Юрий Анатольевич, доктор технических наук, профессор, группа компаний «Эко-Проект», президент;

Зельдова Анна Ильинична, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет», доцент кафедры «Безопасность производства и промышленная экология».

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет», г. Самара.

Защита состоится « 2 » июля 2014 г. в 16.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.289.03 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и на сайте www.rusoil.net.

Автореферат диссертации разослан « 30 » апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Абдульминев Ким Гимадиевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования Территория Республики Башкортостан расположена в пределах бассейнов рек Волги, Урала, Оби. Основная водная артерия Башкортостана – р. Белая.

Охрана водных ресурсов бассейна р. Белой имеет свои специфические особенности. Прежде всего, это высокая концентрация нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслей промышленности, сгруппированных в виде крупных производственных комплексов на сравнительно маловодной территории. При этом рост нефтепереработки и нефтехимии осуществлялся темпами, превышающими средние показатели роста промышленности по России.





В республике Башкортостан основными веществами, загрязняющими воды, являются хлориды, сульфаты и соли кальция, нефтепродукты и другие органические вещества, тяжелые металлы. По данным «Государственного доклада о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2011 году» на качество воды в контрольном створе ниже г.Ишимбай влияли сбросы сточных вод ОАО «Газпром нефтехим Салават» (нефтехимическая отрасль экономики), Межрайводоканал г.Ишимбай (жилищнокоммунальное хозяйство). Средний уровень содержания соединений железа возрос до 4 ПДК, максимальный – до 9 ПДК, во всех пробах превышены нормативы.

Необходимо внедрять появляющиеся в наши дни инновационные технологии очистки нефтесодержащих вод, позволяющие придерживаться программы энергоэффективности их работы, наиболее ощутимой при ее внедрении на очистных сооружениях крупных НПЗ и предприятий нефтехимии.

Степень разработаности темы исследования.

Вопросы очистки нефтесодержащих вод рассматривались в работах Адельшина А.Б., Аксенова В.И., Апельцина Э.И., Аюкаева Р.И., Доломатова М.Ю., Журбы М.Г., Криштула В.П., Кульского Л.А., Краснобородько И.Г., Ласкова Ю.М., Ли А.Д., Матова Б.М., Минца Д.М., Назарова В.Д., Перевалова В.Г., Позднышева Г.Н., Рогова В.М., Рулёва Н.Н., Серпокрылова Н.С., Смирнова В.И., Стрелкова А.К., Тронова В.П., Тронова А.В., Фесенко Л.Н., Фоминых А.М., Швецова В.М., Яковлева С.В., и др. Все существующие методы и технологии очистки нефтесодержащих вод имеют ряд недостатков: сложные и дорогостоящие конструктивные решения, необходимость применения оборудования с большими затратами электроэнергии, ограниченность области применения.

Актуальной остается задача разработки доступных унифицированных энергоэффективных устройств для очистки нефтесодержащих вод, позволяющих с минимальными затратами электроэнергии производить их очистку при различной минерализации от пресных до высокоминерализованных.

Целью диссертационной работы является разработка технологии очистки нефтесодержащих вод до ПДК водоемов рыбохозяйственного назначения с применением энергосберегающих методов и возобновляемых источников энергии.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) Определить факторы, влияющие на эффективную очистку нефтесодержащих вод электрофлотацией и электролизом.

2) Определить пути интенсификации очистки нефтесодержащих вод электрофлотацией и электролизом.

3) Разработать технологическую схему очистки нефтесодержащих вод.

4) Разработать методику расчета очистных сооружений нефтесодержащих вод.

Научная новизна 1. Установлена зависимость скорости образования пузырьков газа в процессе электрофлотации нефтесодержащих вод от напряжения на электродных блоках, плотности тока, материала электродов, минерализации очищаемой воды.





2. Получены математические зависимости плотности тока электрофлотатора от минерализации и напряжения на электродах, скорости барботажа от плотности тока, эффективности очистки от скорости барботажа.

3. Установлена зависимость эффективности очистки пресных и высокоминерализованных вод (Патенты РФ на полезные модели № 134526, №136429) электрофлотацией от скорости барботажа и материала электродов, при этом наибольшую эффективность очистки воды в электрофлотаторе дает применение коксопекового катода для пресных вод и медного катода для высокоминерализованных вод.

4. Предложен способ очистки сточных вод электрофлотацией с использованием возобновляемых электрохимических источников тока (Патент РФ на полезную модель №120416).

5. Получена математическая модель электролизера с электрохимическим источником тока, позволяющая рассчитать ожидаемую эффективность очистки сточных вод от ароматических углеводородов (бензол), металлов (цинк, никель, медь) и органических загрязнений (краситель - метиленовый синий).

Практическая ценность и теоретическая значимость работы 1. Разработаны устройства для очистки нефтесодержащих вод с применением энергосберегающих технологий в процессах электрофлотации, электрохимической фильтрации.

2. Разработано инновационное устройство - электролизер для очистки сточных вод от металлов и органических загрязнений, не имеющее аналогов по уровню эффективности очистки воды от меди с применением энергосберегающих технологий.

3.Выявлены закономерности процесса электрофлотации, получены на их основе расчетные характеристики, а также получены математические зависимости плотности тока, скорости барботажа, эффективности очистки, позволяющие с большой точностью спрогнозировать эффект очистки электрофлотацией.

4. Получены зависимости двухфакторной линейной регрессии, описывающие вариацию силы тока в электролизере с алюминиевыми анодами, что позволяет рассчитать и оценить ожидаемую эффективность очистки. Погрешность модели не превышает 7 %.

5. Разработана технология очистки нефтесодержащих сточных вод от нефтепродуктов, металлов и органических загрязнений методами электрофлотации, электролиза и фильтрования с применением возобновляемых источников энергии.

Методология и методы исследований В работе осуществлено обобщение сведений, содержащихся в научнотехнической и специальной литературе. Проведены лабораторные исследования и испытания опытных установок электролизера, электрофлотатора и электрохимического фильтра с применением современных математических методов моделирования и обработки экспериментальных данных. Применены общепринятые методики для расчета технико-экономической эффективности разработанных устройств. Химический анализ проб воды выполнялся в аттестованной лаборатории ГБУ РБ «Управление государственного аналитического контроля Минэкологии РБ» (УГАК). Результаты экспериментов обработаны с применением методов математической статистики.

На защиту выносятся:

1. технология очистки нефтесодержащих сточных вод от нефтепродуктов, металлов и органических загрязнений методами электрофлотации, электролиза и фильтрования с применением возобновляемых источников энергии;

2.математические зависимости плотности тока электрофлотатора от минерализации и напряжения на электродах, скорости барботажа от плотности тока, эффективности очистки от скорости барботажа;

3. математическая модель электролизера с электрохимическим источником тока, позволяющая рассчитать ожидаемую эффективность очистки сточных вод от ароматических углеводородов (бензол), металлов (цинк, никель, медь) и органических загрязнений (краситель - метиленовый синий).

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом проведенных экспериментальных исследований процессов электролиза, электрофлотации, электрохимической фильтрации в лабораторных условиях и практических испытаний опытных установок электролизера, электрофлотатора и электрохимического фильтра с использованием утвержденных методик анализа, высокоточных приборов и оборудования, составления по опытным данным заявок на полезные модели и получением по ним положительных решений на выдачу патентов. Химический анализ проб воды выполнялся в аккредитованной лаборатории ГБУ РБ «Управление государственного аналитического контроля Минэкологии РБ» (УГАК). Результаты экспериментов обработаны с применением методов математической статистики.

Практическая реализация работы Разработанный электрохимический фильтр применен в системе очистных сооружений ОАО «ЦЕНТР ОТДЫХА», что позволило достичь показателей очищенной воды, соответствующих требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения» (с изменениями по постановлению Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 7 апреля 2009 г. N 20, вступившим в действие 02.06.2009г.). Материалы исследований использованы в учебном процессе. Разработанные методические пособия для студентов специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение» используются для проведения лабораторных и практических занятий по дисциплине «Водоснабжение и водоотведение в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности».

Апробация работы Основные результаты работы доложены и обсуждены на 3-й международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды», Уфа, 2012; VI Международной научно-технической конференции памяти В.Х. Хамаева «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук», Уфа, 2012; Российской научно-практической конференции, посвящённой 60летию НТО строителей РБ «Строительство: от науки к инновациям», Уфа, 2013;

VIII международной научно-практической конференции «Nauka i inowacja Geografia i geologia, chemia i chemiczne technologie», Przemysl, 2012; VII Международной научно-технической конференции памяти В.Х. Хамаева «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук», Уфа, 2013; Межвузовском симпозиуме посвященным внедрению новых технологий в решении экологических задач промпредприятий, Уфа, 2013; Международная научно-практическая конференция «Современный город-2014. Водопотребление и водоотведение», Уфа, 2014.

Публикации по результатам исследований По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 патента на полезные модели и 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа изложена на 182 листах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, библиографического списка литературы из наименований, содержит 89 рисунков, 55 таблиц и 9 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и поставлена цель работы. Сформулированы задачи, решение которых позволяет разработать технологию глубокой очистки сточных вод предприятий нефтехимического комплекса от нефтепродуктов и металлов.

В первой главе сделан обзор существующих механических, физикохимических, химических и биохимических, электрохимических методов очистки нефтесодержащих вод. Выполнена постановка задачи исследований.

Во второй главе исследованы процессы очистки нефтесодержащих вод электролизом, представлена методика и результаты лабораторных исследований по очистке сточных вод электролизом. Полученные данные обработаны с применением методов математической статистики.

Электролизеры обладают набором функциональных возможностей по обработке водных растворов: извлечение ионов металлов, обеззараживание, жидкофазное окисление органических веществ и др.

Актуальным вопросом на сегодняшний день является увеличение энергоэффективности методов очистки сточных вод. В работе сделана попытка создания электролизера для электрохимической очистки воды, генерирующего электроэнергию (рисунок 1).

Рисунок 1 – План и разрез электролизера: 1- корпус; 2- мембрана;

3-катодная камера; 4- анодная камера; 5- электроположительные стержневые электроды из графита; 6- электроотрицательные стержневые электроды из магния; 7 – загрузка - кварцевый песок; 8- вольтметр; 9 и 10 – выход катодной и анодной камер соответственно.

Очищаемая вода подается через патрубки подвода 5 и 6 в нижнюю часть электролизера. Между электроотрицательными 2 и электроположительными электродами образуется ЭДС и начинается процесс переноса электрического тока через диафрагму. Под действием электрического поля положительно заряженные ионы мигрируют к катоду 2, а отрицательно заряженные ионы - к аноду 3. На электродах 2 и 3 происходит переход от ионной проводимости в растворе к электронной проводимости в проводниках. В приэлектродном пространстве происходят окислительно-восстановительные процессы. Кроме того, происходит образование гидроксида магния электрохимическим путем, за счет чего происходит интенсивное хлопьеобразование труднорастворимых соединений на поверхности фильтрующего материала. Фильтрующий материал 9 не только способствует интенсивному хлопьеобразованию, но также сорбирует ионы тяжелых металлов и продукты окисления органических соединений. Далее вода проходит через весь слой фильтрующей загрузки снизу вверх к патрубкам отвода 7 и 8, расположенным в верхней части электролизера, очищаясь от загрязняющих веществ. Свойства католита и анолита исследовались следующим образом.

В работе проведены опыты по отстаиванию раствора бентонита с концентрацией 1,3 г/л в отстойнике в статических условиях. Модель воды готовили на водопроводной воде, на католите и анолите. Результаты приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Кинетика осаждения взвешенных веществ в водопроводной воде, анолите и католите Из приведенных результатов следует, что остаточное содержание взвешенных веществ в католите на 80% меньше, чем в водопроводной воде, а в анолите на 50% меньше, чем в водопроводной воде.

Аналогично проведены опыты по отстаиванию раствора бентонита с концентрацией 1,3 г/л в отстойнике в статических условиях. Модель воды готовили на растворе NaOH (каустической соды) с pH=8 и на растворе CH3COOH (уксусной кислоты) с pH=4. По результатам опытов с учетом правила ШульцеГарди сделан следующий вывод: коагулирующим свойством в коллоидной среде обладают только ионы, которые обладают противоположным знаком с осаждаемыми частицами. Таким образом, щелочная и кислая среда обладают большим коагулирующим свойством при осаждении взвешенных веществ.

Определена эффективность очистки воды от меди в электролизере при скорости обработки 1-15 м/ч. Результаты приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Зависимость концентрации меди в католите от скорости фильтрования при исходной концентрации меди 0,15 г/л и минерализации воды 1, 5, 10, 50 г/л NaCl Из рисунка 3 видно, что максимальный эффект очистки наблюдается при скорости обработки 5 м/ч для воды с минерализацией 1 и 50 г/л, при этом стабильно высокая эффективность очистки при скорости обработки от 1 до 5 м/ч при любой минерализации воды.

Экспериментально определена эффективность очистки воды от никеля, цинка, красителя метиленового синего, бензола и энергия, вырабатываемая электролизером. Пробы воды отбирались из катодной камеры.

Данные, рассчитанные по полученным значениям напряжения и тока, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Эффективность очистки воды от органических соединений и металлов Вид элек- тратрова Опытная установка (рис. 1) электролизер Из таблицы 1 видно, что больше энергии генерируется при меньших скоростях обработки воды. Это связано с увеличением при больших скоростях сопротивления среды процессу движению ионов через мембрану, а также с увеличением при малых скоростях обработки времени пребывания воды в электролизере. При сравнении эффективности очистки воды разработанным электролизером и электролизером с внешним источником энергии (аккумулятором) установлено, что эффект очистки воды разработанным электролизером выше по всем показателям, исключением явилась очистка от цинка, где в обоих электролизерах получен равный высокий эффект очистки 99,9%.

Произведена обработка данных методом математической статистики. Полученные данные приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты линейной аппроксимации изменения силы тока от числа анодов (материал – алюминий) Расстояние между катодами Уравнение линейной зависимо- Коэффициент и анодами в электролизере сти силы тока от числа анодов детерминации Данные таблицы 2 показывают, что при увеличении расстояния между катодами и анодами в электролизере коэффициент роста силы тока при увеличении электродов уменьшается.

С помощью метода наименьших квадратов получено уравнение регрессии для силы тока в электролизере:

где n – число электродных пар;

l – расстояние между анодами и катодами.

В третьей главе представлены методика и результаты лабораторных исследований процесса очистки нефтесодержащих вод флотацией. Полученные данные обработаны с применением методов математической статистики.

В экспериментах скорость барботажа определялась в лабораторном электрофлотаторе. В качестве электролита использовали растворы хлористого натрия концентрации (1-200) г/л.

Результаты определения скорости барботажа пузырьками водорода, образованными на катоде из графита приведены на рисунке 4.

Установлено, что скорость барботажа линейно зависит от плотности тока:

где k - константа скорости барботажа, м3/Ач.

i - плотность тока, А/м2.

Рисунок 4 - Скорость барботажа воды пузырьками газа при минерализации 1, 5, 10, 50, 200 г/л NaCl с использованием графитового электрода.

Из рисунка 4 следует, что скорость барботажа практически линейно зависит от напряжения на электродах в диапазоне исследованных напряжений от до 13 В. С увеличением минерализации скорость барботажа существенно увеличивается.

Скорость барботажа, определенная для напряжения 10 В на различных электродах, приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Скорость барботажа при напряжении 10 В для процессов с медным, латунным, графитовым, коксопековым и алюминиевым электродами Минерализация, г/л в пресной воде с минерализацией 1 г/л достигнута на коксопековом электроде.

При минерализации от 5 до 200 г/л максимальная скорость барботажа получена на графитовом электроде.

Несомненный практический интерес, с точки зрения экономии электроэнергии на электролиз воды, представляют удельные затраты, отнесенные к м3 полученного газа.

Удельные затраты энергии по очистке нефтесодержащих вод флотационным методом с применением медного, латунного, графитового, коксопекового, алюминиевого электродов, определенные для напряжения 10 В и концентрации NaCl 1, 5, 10, 50, 200 г/л представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Удельные затраты энергии при напряжении 10 В для процессов барботажа медным, латунным, графитовым, коксопековым и алюминиевым электродами Минерализация, г/л наименьшими удельными затратами энергии обладает медный электрод. Алюминиевый и коксопековый электроды имеют близкие значения затрат электроэнергии при минерализации 1 г/л.

По результатам серии из трех опытов по очистке в электрофлотаторе с графитовыми, коксопековыми, медными, алюминиевыми катодами, приготовленными с помощью миксера дисперсных систем из растворов хлористого натрия с концентрациями 1, 5, 10, 50 г/л и навесок бентонита в расчете 0,5 г/л, получены данные и составлены графики представленные на рисунке 5.

Кинетические закономерности очистки нефтесодержащих вод представлены на рисунке 6.

Рисунок 5 – Зависимость оптической плотности, концентрации бентонита и эффективности очистки от времени очистки в электрофлотаторе с графитовыми катодами растворов бентонита с концентрацией 0,5 г/л с минерализацией 1, 5, 10, 50 г/л NaCl.

Рисунок 6 – Зависимость оптической плотности нефтесодержащих вод от времени очистки на электрофлотаторе с медными катодами с содержанием нефти 1 г/л и минерализацией 1, 5, 10, 50 г/л NaCl.

Из рисунка 5 и 6 видно, что эффективность очистки в электрофлотаторе с использованием графитовых и медных катодов с ростом минерализации эмульсий и растворов увеличивается.

В результате сравнения данных таблиц 3 и 4 с данными, полученными на рисунках 5 и 6, составлена сводная таблица показателей процесса электрофлотации (таблица 5).

Как видно из данных, приведенных в таблице 5, эффект очистки от взвешенных веществ и нефтепродуктов возрастает с увеличением скорости барботажа. Однако для разных материалов электродов увеличение скорости барботажа по-разному соотносится с эффектом очистки.

Определена энергоэффективность применения рассматриваемых электродов при определенной минерализации путем деления удельных затрат энергии на эффект очистки в каждом отдельном случае. Получен показатель удельных затрат энергии, соответствующий эффекту очистки воды электрофлотатором на Таблица 5 - Сводная таблица основных показателей процесса электрофлотации, полученных с применением медного, графитового, алюминиевого, коксопекового катодов и графитового анода Основные показатели процесса электро- Минерализация, г/л медь графит Удельные затраты энергии, кВтч/м алюминий коксопек При испытании опытной модели были проведены серии опытов по очистке воды в электрофлотаторе от нефтепродуктов с применением электродов из разных материалов c различным уровнем минерализации водных растворов. В ходе экспериментов соблюдались условия идентичности данных «на входе»:

уровень исходного загрязнения и подаваемой на электрод величины напряжения. Количество опытов в каждой серии делает возможным применение методов математической статистики для выявления и описания зависимостей между факторами. При этом введены следующие обозначения:

1. параметры процесса очистки воды на «входе»:

М – уровень минерализации водного раствора, г/л;

U – величина, подаваемого на электрод напряжения, В;

S – площадь электрода, м2;

2. параметры процесса очистки воды на «выходе»:

J – плотность тока, А/м2, – удельные энергозатраты на производство 1 м3 газа, кВтч/м3;

V – скорость барботажа, м3/ч.

Моделирование случайной величины, описывающей вариацию плотности тока, проведено с применением нелинейного уравнения двухфакторной регрессии с нулевой константой:

где а – оцениваемый параметр регрессии.

Результаты оценок параметров модели представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Результаты моделирования изменения плотности тока в зависимости от уровня минерализации и величины напряжения Все построенные уравнения регрессии статистически значимы с доверительной вероятностью 0,91-0,99, что делает возможным применение данных моделей при прогнозных расчетах.

Построение полиномиальных моделей 2 порядка зависимости эффективности очистки от скорости барботажа позволяет найти оптимальную величину скорости, дающую максимальную эффективность процесса очистки (рисунок 7).

Рисунок 7 - Результаты аппроксимации зависимости эффективности очистки от скорости барботажа при помощи полиномиальной модели 2 порядка при применении медного электрода Поскольку построение модели с одновременным включением названных факторов недопустимо, возможно построить систему однофакторных моделей взаимного влияния величин вида:

где M – уровень минерализации, г/л; U – подаваемое напряжение, В; J – плотность тока, А/м2; V – скорость барботажа, м3/ч; С – коэффициент, позволяющий количественно измерить влияние материала электрода на процесс электрофлотации.

В таблице 7 представлены модели, описывающие характеристики процесса электрофлотации.

Таблица 7 - Результаты моделирования процесса электрофлотации Практическое применение моделей позволит прогнозировать конечную эффективность процесса очистки воды в зависимости от имеющегося уровня минерализации нефтесодержащих вод и величины подаваемого напряжения.

В четвертой главе рассмотрены технологические решения по очистке нефтесодержащих сточных вод. На рисунке 8 приведена технологическая схема очистки нефтесодержащих сточных вод.

Рисунок 8 - Технологическая схема глубокой очистки воды от нефтепродуктов и металлов Очистка нефтесодержащих вод производится следующим образом. После биологических очистных сооружений (БОС) нефтехимического предприятия вода поступает в электрофлотатор 1, в котором происходит электролиз воды с образованием пузырьков газа, флотирующих загрязняющие вещества. При этом происходит очистка воды от взвешенных веществ и нефти, а также частичное удаление металлов - железо, медь. Аноды электрофлотатора выполнены из графита, катоды из коксопека. Напряжение на электродном блоке составляет 10- Извлечение органических загрязнений и ионов тяжелых и цветных металлов происходит в электролизере 2 с электродами, образующими электрохимические источники тока и имеющие стержни из электроотрицательного материала (магний) и электроположительного материала (графит). Электролизер загружен минеральной зернистой активной загрузкой, в качестве которой используют силицированный кальцит фракции 2-5 мм. Эффект очистки воды увеличивается за счет электрохимических источников тока: увеличивается процесс хлопьеобразования, в приэлектродном пространстве электролизера происходят окислительно-восстановительные процессы, фильтрующий материал за счет поляризации сорбирует ионы тяжелых металлов и продукты окисления органических соединений. Количество электрохимических источников тока равно 8.

Обеззараживание воды от сульфатвосстанавливающих бактерий происходит ультрафиолетовыми лампами 3, после чего вода накапливается в резервуаре чистой воды 4, предназначенного для технологических нужд, в частности, для регенерации электролизера 2 и загрузки фильтра 6 при помощи промывных насосов 9.

Нефть, извлеченная флотатором 1, обезвоживается в гидрофобном фильтре 7 и накапливается в накопителе 8. Дренажная вода насосами 10 подается в голову сооружений.

Доочистка воды производится электрохимическим фильтром 6 с минеральной зернистой активной загрузкой, в качестве которой используют силицированный кальцит фракции 2-5 мм, перед которым дозируется коагулянт с помощью насоса дозатора реагентного хозяйства 5. В теле фильтра создаются электрохимические источники тока, которые увеличивают эффект очистки воды. Электрохимические источники тока состоят из электродов, выполненных в виде параллельно расположенных перфорированных дисков из электроположительных (например, графит) и электроотрицательных (например, алюминий) материалов. Количество электрохимических источников тока равно 5.

Результаты опытов приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Результаты опытов глубокой очистки воды от нефтепродуктов и металлов Загрязнения Единица Содержание загрязнений Из приведенных результатов следует, что применение разработанного устройства улучшило качество очищенных вод по взвешенным веществам, нефтепродуктам, железу, меди. Остальные показатели не изменились.

На рисунке 9 приведен электрохимический фильтр, являющийся последней ступенью технологической схемы.

Рисунок 9 - Электрохимический фильтр для очистки сточных вод Проведены опыты по очистке электрохимическим фильтром раствора красителя метиленового синего с исходной оптической плотностью 0,7. Напряжение на клеммах изменялось от 0 до 5 В, изменялось и количество подключенных внешних электродных пар к клеммам. На рисунке 10 приведены результаты опытов по очистке водного раствора от органических соединений от напряжения на электродах.

Рисунок 10 - Эффективность очистки водного раствора от органических соединений в электрохимическом фильтре в зависимости от напряжения на электродах Из результатов опытов следует, что эффективность очистки существенно увеличивается при напряжении более 2 В, что указывает на целесообразность применения дополнительных электрохимических источников тока.

Определен экологический ущерб от сброса недостаточно очищенных нефтесодержащих вод в водные объекты с учетом нормативов платы за сброс в поверхностные водоемы рыбохозяйственного назначения (постановление Правительства РФ № 344 от 12 июня 2003г.), который составил 3,982 млн. руб./год при суточном расходе сточных вод 1000 м3/сутки.

В работе определен экономический эффект от внедрения технологической схемы глубокой очистки сточных вод после биологических очистных сооружений нефтехимического предприятия, который составляет 2,98 млн. руб./год при расходе сточных вод 1000 м3/сутки.

1. Разработан мембранный электролизер, работающий по принципу электрохимического источника тока. С помощью электролизера достигнуто уменьшение концентрации взвешенных веществ осаждением в католите и анолите.

2. Установлена возможность безреагентной очистки сточных вод от тяжелых металлов фильтрованием воды в мембранном электролизере. Эффект очистки сточных вод от цинка составляет 99,9, от меди (90-98)%, от никеля (42-87)%.

Установлена возможность безреагентной очистки сточных вод от органических трудноокисляемых веществ (бензол, метиленовый синий). При скорости фильтрования 1-5 м/ч, эффект очистки составил 90 и 84 % соответственно. Установлено, что удельная энергия, вырабатываемая электролизером, существенно увеличивается с увеличением минерализации раствора и уменьшением скорости обработки воды. Получено уравнение двухфакторной линейной регрессии, описывающее вариацию силы тока в электролизере, что позволяет рассчитать ожидаемую эффективность очистки сточных вод от ароматических углеводородов (бензол), металлов (цинк, никель, медь) и органических загрязнений (краситель - метиленовый синий). Погрешность модели не превышает 7 %.

3. Составлены математические модели, описывающие характер процесса электрофлотации с использованием алюминиевого, медного, графитового и коксопекового катодов, применение которых позволит прогнозировать конечную эффективность очистки воды в зависимости от уровня минерализации воды и величины подаваемого напряжения.

4. Показано, что с увеличением минерализации на латунном, медном и графитовом электродах уменьшаются энергозатраты. Установлена зависимость эффективности очистки пресных и высокоминерализованных вод (патенты РФ на полезные модели № 134526, №136429) электрофлотацией от скорости барботажа и материала электродов. Наибольшая эффективность очистки воды в электрофлотаторе достигается при использовании коксопекового катода для пресных вод и медного катода для высокоминерализованных вод. Предложен способ очистки сточных вод электрофлотацией с использованием возобновляемых электрохимических источников тока (патент РФ на полезную модель №120416).

5. Разработана технология очистки нефтесодержащих вод, включающая электролизер, электрофлотатор и электрохимический фильтр с применением возобновляемых источников энергии.

6. Определен экологический ущерб от сброса недостаточно очищенных нефтесодержащих вод в водные объекты с учетом нормативов платы за сброс в поверхностные водоемы рыбохозяйственного назначения. При суточном расходе сточных вод 1000 м3/сутки он составляет 3,982 млн. руб./год. Определен экономический эффект от внедрения технологической схемы глубокой очистки сточных вод после биологических очистных сооружений нефтехимического предприятия, который составляет 2,98 млн. руб./год при расходе сточных вод 1000 м3/сутки.

Основное содержание работы

изложено в следующих публикациях:

1. Вайншток, П. Н. Усовершенствование метода электрофлотации / П. Н.

Вайншток, В. Д. Назаров // Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды: материалы 3-й междунар. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Центр науч.-техн. обеспечения. – Уфа, 2012. – С.

70–84.

2. Вайншток, П. Н. Усовершенствование метода электрофлотации / П. Н.

Вайншток, В. Д. Назаров, М. В. Назаров // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: материалы междунар. науч.-техн. конф.

памяти В.Х. Хамаева, 7 дек. 2012 г. / УГНТУ. – Уфа, 2012. – Вып. 6. – С. 108– 110.

3. Вайншток, П. Н. Подготовка пластовых вод для использования в системе поддержания пластового давления нефтяных месторождений / П. Н. Вайншток, В. Д. Назаров, М. В. Назаров // Nauka i inowacja – 2012: материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. – Przemysl: Nauka i studia, 2012. – Раздел 18:

Geografia i geologia, chemia i chemiczne technologie. – С. 34–47.

4. Вайншток, П. Н. Очистка сточных вод от металлов и органических соединений электролизером с загрузкой без внешнего источника энергии / П. Н. Вайншток, В. Д. Назаров, М. В. Назаров // Башкирский химический журнал. – 2013. – Т. 20; № 4. – С. 108–112.

5. Вайншток, П. Н. Очистка производственных сточных вод электрохимическим методом / П. Н. Вайншток, В. Д. Назаров, М. В. Назаров //Экология и промышленность России. – 2013. – № 2. – С. 18–21.

6. Вайншток, П. Н. Энергосбережение в процессах очистки сточных вод электрофлотацией / П. Н. Вайншток, В. Д. Назаров, М. В. Назаров // Строительство: от науки к инновациям: материалы рос. науч.-практ. конф., посвящённой 60-летию НТО строителей РБ / БашНИИстрой. – Уфа, 2013. – С. 66–75.

7. Вайншток, П. Н. Электрохимический фильтр для очистки сточных вод / П. Н. Вайншток, В. Д. Назаров, М. В. Назаров // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: материалы междунар. науч.-техн.

конф. памяти В.Х. Хамаева / УГНТУ. – Уфа, 2013. – Вып. 7. – С. 146–149.

8. Пат. на полезную модель 120645 Российская Федерация, МПК C02F9/12. Устройство для подготовки нефтепромысловых вод для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений / В. Д. Назаров, М. В. Назаров, П. Н. Вайншток. – № 2012117689/05; заявл. 27.04.2012; опубл.

27.09.2012.

9. Пат. на полезную модель 120416 Росийская Федерация, МПК C02F1/465. Электрофлотатор для очистки сточных вод / В. Д. Назаров, М. В.

Назаров, П. Н. Вайншток. – № 2012114064/05; заявл. 10.04.2012; опубл.

20.09.2012.

10. Пат. на полезную модель 134526, МПК C02F1/465. Электрофлотатор для очистки высокоминерализованных сточных вод / В. Д. Назаров, М. В.

Назаров, П. Н. Вайншток. – № 2013114623/05; заявл. 01.04.2013; опубл.

20.11.2013, Бюл. № 32.

11. Пат. на полезную модель 136429, МПК C02F1/465. Электрофлотатор для очистки пресных вод / В. Д. Назаров, М. В. Назаров, П. Н. Вайншток. – № 2013116414; заявл. 10.04.2013; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1.

12. Вайншток, П. Н. Подготовка подтоварных вод для низкопроницаемых коллекторов нефти методом электрофлотации / М. В. Назаров, П. Н.

Вайншток, А. Н. Воронина // Нефтегазовое дело: электрон. науч. журн. – 2014. – № 1. – С. 460–489. – URL: http: // www.ogbus.ru/authors / Nazarov MV/ Nazarov MV_1.pdf.

Подписано в печать 29.04.2014. Бумага офсетная. Формат 60х84 1/16.

Гарнитура «Таймс». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,5.

Уфимского государственного нефтяного технического университета 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов,

 
Похожие работы:

«верситет на кафедре зоологии Научный консультант доктор биологических наук, профессор Рахимов Ильгизар Ильясович Официальные оппоненты : доктор биологических наук, профессор Шураков Аркадий Иванович доктор биологических наук, профессор Маматов Анвар Фаризунович Молодовский Анатолий Васильевич доктор биологических наук, профессор ВОДОПЛАВАЮЩИЕ ПТИЦЫ...»

«Брежнева Ирина Николаевна МЕТОДИКА ОЦЕНКИ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФИТОСТРОМУ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН (на примере Оренбургского Предуралья) 03.02.01 – ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Оренбург – 2010 2 Работа выполнена в Волго-Уральском научно-исследовательском и проектном институте нефти и газа, г. Оренбург доктор биологических наук, профессор, Научный Рябинина Зинаида Николаевна руководитель доктор...»

«СОРОКИНА Светлана Юрьевна Видоспецифичность полиморфизма митохондриальной ДНК у близкородственных видов дрозофил группы virilis (Diptera: Drosophilidae) 03.00.15 – генетика 03.00.26 – молекулярная генетика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва 2009 Работа выполнена в лаборатории генетики Учреждения Российской академии наук Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН (ИБР РАН) и лаборатории сравнительной генетики животных...»

«КОВПАК НАТАЛЬЯ ЕВГЕНЬЕВНА ВНУТРИВИДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ КОРЮШКОВЫХ РЫБ РОССИИ 03.02.07 – генетика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени Владивосток – 2010 2 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения РАН Научный руководитель : кандидат биологических наук, доцент Скурихина Любовь Андреевна Официальные оппоненты : доктор биологических наук Фролов Сергей...»

«Слугинова Ирина Сергеевна ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФЛОРЫ МЕЛОВЫХ ОБНАЖЕНИЙ БАССЕЙНА Р. ПОЛНОЙ (РОСТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ) И ВОПРОСЫ ЕЕ ОХРАНЫ 03.00.16 – экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Ростов-на-Дону – 2009 2 Работа выполнена на кафедре ботаники Южного федерального университета Научный руководитель : кандидат биологических наук, доцент Федяева Валентина Васильевна Официальные оппоненты : доктор биологических наук,...»

«СУСЛОВА Мария Юрьевна РАСПРОСТРАНЕНИЕ И РАЗНООБРАЗИЕ СПОРООБРАЗУЮЩИХ БАКТЕРИЙ РОДА BACILLUS В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ 03.00.16 – экология 03.00.07 – микробиология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Улан-Удэ, 2007 Работа выполнена в лаборатории водной микробиологии Лимнологического института СО РАН, г. Иркутск Научный кандидат биологических наук руководитель: ст.н.с. Парфенова Валентина Владимировна Официальные Доктор биологических наук...»

«Заводовский Петр Геннадьевич АФИЛЛОФОРОИДНЫЕ ГРИБЫ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ВОДЛОЗЕРЬЯ 03.02.12 – микология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2010 1 Работа выполнена на кафедре зоологии и экологии эколого-биологического факультета Петрозаводского государственного университета Научный руководитель : член-корр. РАН, доктор биологических наук,...»

«ЗОЛОТАРЁВ Дмитрий Александрович ХОРТОБИОНТНЫЕ ПОЛУЖЕСТКОКРЫЛЫЕ (INSECTA: HEMIPTERA=HETEROPTERA) АНТРОПОГЕННО ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (на примере г. Кемерово) Специальность 03.00.08 Зоология Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Томск 2005 Работа выполнена на кафедре зоологии и экологии ГОУ ВПО Кемеровский государственный университет. Научный руководитель : кандидат биологических наук, доцент Н. И. Еремеева Официальные оппоненты...»

«Гапочка Михаил Германович ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА С БИОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ Специальность 03.02.08 – экология (биология) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва – 2013. 1 Работа выполнена на кафедре гидробиологии биологического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный...»

«3 МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. Ломоносова _ ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ НА ПРАВАХ РУКОПИСИ Куликова Наталья Александровна СВЯЗЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ДЕТОКСИЦИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ ПО ОТНОШЕНИЮ К АТРАЗИНУ 03.00.27 –ПОЧВОВЕДЕНИЕ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва- Работа выполнена на кафедре общего земледелия факультета почвоведения Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова. Научные...»

«Спангенберг Виктор Евгеньевич Динамика структурной организации хромосом в профазе I мейоза у мыши и человека 03.02.07 – генетика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2013 Работа выполнена в лаборатории цитогенетики Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института общей генетики имени Н.И. Вавилова Российской академии наук, г. Москва. доктор биологических наук, профессор Научный руководитель : Коломиец...»

«ПОХИЛЬКО Лидия Олеговна Экологические принципы формирования ассортимента древесных растений в озеленении г. Ростова-на-Дону 03.00.16 – экология АФТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Ростов-на-Дону - 2009 2 Работа выполнена на кафедре ботаники Южного федерального университета Научный руководитель : кандидат биологических наук, доцент Паршин Витольд Георгиевич Официальные оппоненты : доктор биологических наук, профессор Дзыбов...»

«Шамсувалеева Эльмира Шамилевна ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ (НА ПРИМЕРЕ СОБАК) С ДИКОЙ ФАУНОЙ 03.00.16 - экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук КАЗАНЬ - 2008 Работа выполнена на кафедре биоэкологии естественно-географического факультета Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета (ТГГПУ) Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор Рахимов Ильгизар Ильясович...»

«Новосадова Александра Викторовна МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ В РАННЕМ ОНТОГЕНЕЗЕ ОСЕТРОВЫХ РЫБ У ПОТОМСТВА КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ 03.02.06 ихтиология Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГУП ВНИРО), г. Москва Научный руководитель : доктор биологических наук,...»

«Соловьев Сергей Александрович ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НАСЕЛЕНИЯ ПТИЦ ТОБОЛО-ИРТЫШСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ И СТЕПИ (ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ И СЕВЕРНЫЙ КАЗАХСТАН) 03.00.08 – зоология Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Омск – 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Омский государственный педагогический университет Научный консультант : доктор биологических наук Л.Г. Вартапетов (Институт Систематики и Экологии Животных СО РАН, Новосибирск) Официальные...»

«Мамонтов Юрий Сергеевич ФЛОРА МОХОВИДНЫХ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ 03.00.05 – Ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Томск – 2007 Работа выполнена на кафедре ботаники, цитологии и генетики ГОУ ВПО Омский государственный педагогический университет Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор Борис Фёдорович Свириденко Официальные оппоненты : доктор биологических наук, доцент Андрей Ильич Пяк кандидат биологических наук...»

«КАШЕВАРОВ Глеб Сергеевич СТРУКТУРА И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ДРИФТА БЕСПОЗВОНОЧНЫХ РЕК МЁША, КАЗАНКА И НОКСА (РЕСПУБЛИКА ТАТАРСТАН) Специальность 03.02.08 – экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Казань – 2013 Работа выполнена на кафедре биоресурсов и аквакультуры (ранее кафедра зоологии позвоночных) Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВПО Казанский (Приволжский) федеральный университет Научный...»

«Харитонцев Борис Степанович Флорогенез и фитоценогенез на юге Западной Сибири Специальность: 03.00.05 – БОТАНИКА Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Екатеринбург – 2009 Работа выполнена в Институте экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук Научный консультант – академик РАН, заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Горчаковский Павел Леонидович Официальные оппоненты : доктор...»

«КЛЕВЦОВА Ирина Николаевна ЭКОЛОГИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ОРЕНБУРГСКОГО ПРЕДУРАЛЬЯ 03.00.16 - Экология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Оренбург-2008 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Русанов Александр Михайлович Официальные оппоненты : доктор биологических наук,...»

«ИНДЖГИЯ ЕКАТЕРИНА ЮРЬЕВНА ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЭТАНОЛА ФЕРМЕНТНЫМИ СИСТЕМАМИ БАКТЕРИЙ GLUCONOBACTER OXYDANS В ПРИСУТСТВИИ МЕДИАТОРОВ ФЕРРОЦЕНОВОГО РЯДА 03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук МОСКВА – 2010 Работа выполнена на кафедре химии естественно-научного факультета Тульского государственного университета. кандидат химических наук, доцент Научный руководитель :...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.