Доломитовая мука новый сорбент для очистки нефтезагрязненных сточных вод Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 504.05:63

ДОЛОМИТОВАЯ МУКА - НОВЫЙ СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

© 2014 М.А. Николаева, А.А. Пименов, Д.Е. Быков, А.В. Васильев

Самарский государственный технический университет

Поступила в редакцию 13.01.2014

В работе показана принципиальная возможность применения доломитовой муки в качестве нового сорбента для нефтезагрязненных сточных вод: ливневых стоков населенных пунктов, стоков химических предприятий, нефтезагрязненного водоэмульсионного слоя нефтешламонакопителей, фильтрата полигонов твердых бытовых и промышленных отходов.

Ключевые слова: ливневые стоки, стоки химических предприятий, нефтезагрязненный водоэмульсионный слой, стоки фильтрата, метод очистки, доломитовая мука.

В настоящее время проблема качества водных ресурсов актуальна для России и мира в целом. Основными загрязнителями водных экосистем являются тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы и т.д. Эти вещества, попадая в водоём, оказывают существенное негативное влияние на компоненты природной среды. Воздействие нефтепродуктов, фенолов и тяжелых металлов вызывает изменение физических, химических и биологических свойств водных экосистем, нарушает ход естественных биохимических процессов. В ходе трансформации поллютантов могут образовываться стойкие к микробиологическому расщеплению и ещё более токсичные соединения, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами [3, 4, 6, 8 и др.].

В связи с этим актуальной задачей является очистка стоков химических предприятий, угле-водородсодержащих ливневых стоков, а также нефтезагрязненного водоэмульсионного слоя нефтешламонакопителей, фильтрата полигонов твердых бытовых и промышленных отходов. Данные воды различаются по своему составу и могут содержать органические загрязняющие вещества, а также тяжелые металлы, такие как: железо, марганец, хром, медь и другие [1-11]. Несмотря на многолетний опыт, по целому ряду причин пока остаются нерешенными проблемы по оценке токсичности таких вод, а также отсутствуют комплексные способы их очистки.

Мария Алексеевна Николаева, аспирант кафедры «Химическая технология и промышленная экология». E-mail: [email protected]

Андрей Александрович Пименов, кандидат химических наук, директор научно-аналитического центра промышленной экологии СГТУ. E-mail: [email protected] Дмитрий Евгеньевич Быков, доктор технических наук, профессор, ректор. E-mail: [email protected] Андрей Витальевич Васильев, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Химическая технология и промышленная экология". E-mail: [email protected]

В результате анализа научно-технической литературы установлено, что и наиболее перспективными являются способы очистки сточных вод, загрязнённых тяжелыми металлами, нефтепродуктами, фенолами, включающие стадию обработки очищаемой воды сорбентами. В настоящее время известны различные минеральные, синтетические сорбенты, каждая группа которых имеет как положительные, так и отрицательные качества. Для очистки сточных вод чаще всего используются: активированный уголь, силикагели и алюмогели, природные материалы. Несмотря на существование этих способов очистки сточных вод, отсутствуют методы, позволяющие одновременно очищать ливневые стоки населенных пунктов, стоки химических предприятий, а также нефтезагрязненный водоэмульсионный слой нефтешламонакопителей и фильтрат полигонов твердых бытовых и промышленных отходов. Кроме того, одной из важнейших задач является утилизация отработанного сорбента. Используемый материал должен не только поглощать основные загрязнители, но и легко и безопасно утилизироваться, предпочтительно без утраты ресурсного потенциала.

В качестве сорбента в настоящей работе использовалась доломитовая мука с суммарным содержанием карбонатов кальция и магния не менее 85% по массе, при этом не менее 80% по массе частиц доломитовой муки имеют размер меньше 0.071 мм [9]. Основным преимуществом данного материала является то, что после насыщения нефтепродуктами и осушки он может применяться в качестве активированного минерального порошка для производства асфальтобетонной смеси. В разработанном методе доломитовую муку вводят в контакт с очищаемой водой, например промышленными сточными водами, ливневыми стоками населенных пунктов, фенольны-ми стоками, нефтезагрязненным водоэмульсионным слоем нефтешламонакопителей или

1880

Механика и машиностроение

фильтратом полигонов ТБО и промышленных отходов. Данный метод заключается в совмещении объемного и поверхностного фильтрования загрязнённых стоков через доломитовую муку в условиях повышенного давления (6-8 атм).

Определение концентрации нефтепродуктов, фенолов и тяжелых металлов показало, что исследованные сточные воды характеризуются значительными расхождениями в уровне загрязняющих веществ. В графическом виде результаты очистки данных вод от нефтепродуктов представлены на рис. 1.

Проблеме очистки фенольных сточных вод в последнее время уделяется все больше внимания [8, 9]. С целью оценки возможности использования доломитовой муки в качестве сорбента для очистки воды от фенольных соединений были проведены эксперименты, результаты которых представлены на рис. 2. Во всех экспериментах наблюдается стабильное снижение концентрации фенолов в очищенной воде.

Также был проведен ряд экспериментов по определению возможности очистки данных стоков от ионов тяжелых металлов, таких как: Бе3+, Мп2+, Сг3+, Си2+. Полученные данные представлены на рис. 3.

На основании приведённых данных можно

утверждать, что доломитовая мука является перспективным адсорбентом для очистки различных стоков: ливневых стоков населенных пунктов, стоков предприятий химической промышленности, нефтезагрязненного водоэмульсионного слоя нефтешламонакопителей и стоков фильтрата с полигонов ТБО и промышленных отходов.

В рамках исследований показана принципиальная возможность снижения токсичности вод, содержащих тяжелые металлы, нефтепродукты и фенолы путём сорбции загрязнителей на минеральном сорбенте - доломитовой муке.

Оптимизация технических аспектов предложенного метода в рамках дальнейших исследований позволит эффективно внедрить его в производственный процесс с последующей утилизацией отработанного сорбента в качестве строительного материала.

Работа выполнена по заданию Министерства образования и науки РФ на выполнение НИР "Разработка ресурсосберегающих технологий утилизации отходов производства и потребления". Код проекта 2006."

Рис. 1. Результаты сорбционной очистки от нефтепродуктов

120

-Проба 1 -Проба 2 Проба 3

0 0.0025 0.0075 0.015 0.0225

Отношение объема воды, пошедшей на фильтрование, к массе сорбента, л/г

Рис. 2. Результаты сорбционной очистки от фенолов

1881

- Содержание Fe3+, (ч ./млн)

- Содержание Мп2+, (ч./млн) ■ Содержание СгЗ+, (ч./л1лн) -Содержание Си2+. (ч./млн)

0.0025 0.0075

0.015 0.0225

Отношение объема воды, пошедшей на фильтрование, к массе сорбента, л/г

Рис. 3. Результаты сорбционной очистки от тяжелых металлов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анциферов А.В., ФиленковВ.М., Каплан А.Л., Васильев А.В. Реконструкция промышленных очистных сооружений с использованием биореактора // Безопасность в техносфере. 2009. № 3. С. 42-45.

2. Быков Д.Е. Комплексная многоуровневая система исследования и переработки промышленных отходов. Самара, 2003.

3. Васильев А.В. Обеспечение экологической безопасности в условиях городского округа Тольятти: учебное пособие. Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2012. 201 с.

4. Васильев А.В. Глобальный экологический кризис и стратегии его предотвращения. Региональные аспекты защиты окружающей среды. Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по экологическим специальностям / А. В. Васильев, Л. А. Перешивай-лов; Федеральное агентство по образованию, Толь-яттинский гос. ун-т. Тольятти, 2005.

5. Васильев А.В., Заболотских В.В., Тупицына О.В., Штеренберг А.М. Экологический мониторинг токсического загрязнения почвы нефтепродуктами с использованием методов биотестирования // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2012. № 4. С. 242-249.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

G.M. Walker, J-A Hanna, S.J. Allen. Treatment of hazardous shipyard wastewater using dolomitic sorbents. Water Research, Volume 39, Issue 11, June, pp. 2422-2428, 2005.

Y. Salameh, N. Al-Lagtah, M.N.M. Ahmad, S.J. Allen, G.M. Walker. Kinetic and thermodynamic investigations on arsenic adsorption onto dolomitic sorbents / / Chemical Engineering Journal, Volume 160, Issue 2, 1 June, pp. 440-446, 2010.

E. Stefaniak, R. Dobrowolski, P. Staszczuk. On the adsorption of chromium (VI) ions on dolomite and dolomitic adsorbents // Adsorption Sci. Technol., vol. 18(2), pp. 107-15, 2000.

E. Stefaniak, B. Bilicskib, R. Dobrowolskic, P. Staszczukd, J. Wyjcik. The influence of preparation conditions on adsorption properties and porosity of dolomite-based sorbents // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 208, Issues 1-3, 14 August, pp. 337-345, 2002.

Vasilyev A. V., Khamidullova L.R., Podurueva V. V., Solovyov S. G. Investigation of toxicity of waste water of 'AVTOVAZ" company by using biological testing methods // Safety of Technogenic Environment. 2012. № 2. C. 72-75. Vasilyev A.V., Gusarova D.V. Analysis of lubricating cooling liquids negative influence to the human's health and the ways of it reduction // Safety of Technogenic Environment. 2013. № 4. C. 37-41.

DOLOMITIC POWDER AS AN INNOVATIVE ADSORBENT FOR OILY WASTEWATERS TREATMENT

© 2014 M.A. Nikolaeva, A.A. Pimenov, D.E. Bykov, A.V. Vasilyev

Samara State Technical University

In this article is shown the purification method for oily wastewaters such as storm run-off, chemical wastewaters, oily water-emulsion layer, filtrate from landfills of solid domestic and industrial wastes, using dolomitic powder. Key words: storm run-off, chemical wastewaters, oily water-emulsion layer, filtrate, purification method, dolomitic powder.

Maria Nikolaeva, Postgraduate Student at the Department "Chemical Technology and Industrial Ecology". E-mail: [email protected]

Andrey Pimenov, Candidate of Chemical Sciences, Director of Scientific-Analytical Center of Industrial Ecology of Samara State Technical University E-mail: [email protected] Dmitriy Bykov, Doctor of Technical Science, Professor, Rector. E-mail: [email protected]

Andrey Vasilyev, Doctor of Technical Science, Professor, Head at the Chemical Technology and Industrial Ecology Department. E-mail: [email protected]

1882