Промышленная экология и медицина труда

И.А. Буртная, Н.В. Шафаренко

Национальный технический Университет Украины «КПИ»

Мембранная технология очистки воды от нефтепродуктов

Аннотация

Использование нанотехнологий в промышленности открывает широкие возможности для создания принципиально новых технологических схем. Авторами представлена мембранная технология очистки воды от нефтепродуктов с последующим их пофракционным разделением.

Вступление

В современных условиях научно-технической революции проблемы охраны окружающей среды, наряду с технологическими и экономическими аспектами, стали одним из решающих факторов, определяющих дальнейшее развитие производства. Мероприятия по охране природы в настоящее время являются неотъемлемой частью государственных планов экономического и социального развития.

Актуальность проблемы

С ростом потребления энергии продолжает разрастаться нефтяной комплекс. Технологии добычи и переработки нефти непрерывно совершенствуются, но экологический аспект по-прежнему остается неразрешенным.

Так, авария, произошедшая в апреле 2010 года в Мексиканском заливе, это доказала. Худшая в истории США катастрофа признана одним из самых крупнейших экологических бедствий. Чрезвычайно остро стал вопрос необходимости очистки воды от жидких углеводородов. Однако подобная проблема существовала и ранее. Неправильная эксплуатация АЗС также создает экологическую угрозу. Загрязнение воды за счет пролива топлива, его смыв за счет атмосферных осадков, а также стоков, образовавшихся после мойки оборудования и территории АЗС, являются основными отрицательными экологическими аспектами эксплуатации АЗС.

Основная часть

Отрасль топлива и нефтепродуктов может быть охарактеризована увеличением количества отходов, а возможность очистки сточной загрязненной воды позволяет вторично использовать ее в технических целях. Внедрение разнообразных очистных сооружений значительно уменьшает величину загрязнения среды вследствие работы промышленных предприятий, однако у каждой отдельной технологии существуют свои недостатки.

Такие традиционные технологии как флотация, коагуляция, сорбция, хлорирование и озонирование часто оказываются неэффективными в условиях современных антропогенных нагрузок и новых более жестких требований к качеству очистки технической воды.

Не секрет, что применение высоких технологий в современной промышленности является залогом успешного ведения процесса. Использование нанотехнологий дает возможности создания принципиально новых технологических схем. Одним из перспективных направлений мембранной технологии является первапорация. Применение первапорационного оборудования позволяет обеспечить эффективную очистку воды при низком энергопотреблении.

Предложена очистка воды от нефтепродуктов с использованием мембранной технологии. На рисунке 1 представлена принципиальная схема первапорационной установки. Экспериментальная установка состоит из мембранного аппарата 2, теплообменника 1, холодильника-конденсатора 3 и сборника 4. Загрязненная вода подается в теплообменник 1, где нагревается, и откуда поступает в мембранный аппарат 2. В данном аппарате из смеси выделяются нефтепродукты. В этой части установки загрязненная вода находится в цикле. Одновременно из смеси извлекают бензиновую и дизельную фракции, которые через холодильник-конденсатор 3 направляются в сборник.

Рис.1. Принципиальная схема первапорационной установки: 1 –теплообменник; 2 – мембранный аппарат; 3 – холодильник-конденсатор; 4 –сборник. Потоки: I – загрязненная вода; II – горячий теплоноситель; III – холодный теплоноситель

Однако при необходимости очистки воды с возможностью последующего использования бензиновой или дизельной составляющих, схема может быть представлена в другом исполнении (рисунок 2). За счет использования разных мембран при разных температурах нагрева загрязненной воды, имеем возможность сначала выделить бензиновую фракцию, а затем дизельную. Смесь подается через теплообменник 1 в мембранный аппарат 2, где из нее выделяется бензиновая фракция. После она поступает в сборник 4, предварительно охлаждаясь и конденсируясь в холодильнике-конденсаторе 3. Далее в аналогичной последовательности на мембранном аппарате 6 из смеси извлекают дизельную компоненту. Отработанная смесь без бензиновой и дизельной составляющих собирается и сборнике отработанной смеси 8.

Данные, полученные в результате эксперимента, подтвердили эффективность выделения нефтепродуктов из воды методом первапорации. В таблице 1 представлены результаты проведенного эксперимента. Для очистки воды применяли разные температурные режимы.

Легко заметить существенное влияние начальной температуры смеси на конечную концентрацию нефтепродуктов в воде (после мембранной обработки). Приведенные результаты указывают на интенсивное их выделение через полимерную мембрану.

Рис. 2. Принципиальная схема первапорационной установки поэтапного выделения бензиновой и дизельной фракций: 1, 5 – теплообменник; 2, 6 – мембранный аппарат; 3, 7 – холодильник-конденсатор; 4, 8 –сборник. Потоки: I – загрязненная вода; I´ – отбензиненная смесь; II – горячий теплоноситель; III – холодный теплоноситель

Таблица 1

Результаты эксперимента

Условия ведения процесса	Исх. конц.	2 часa	4 часа	5 часов	6 часов
1) 2)
	3,13 3,13	3,3 1,66	2,24 1,51	3,08 1,41	1,74 0,88

Проведенные исследования доказывают уменьшение количества жидких углеводородов в исходной загрязненной воде при выделении их методом первапорации с использованием полимерных мембран, а также показывают влияние температуры на производительность процесса. При увеличении температуры исходной смеси интенсифицируется прохождение нефтепродуктов через полимерную мембрану.

Выводы

Таким образом, используя данные схемы при очистке воды, можно не только выполнить задачу очистки, но также и получить чистые компоненты с возможным их последующим использованием.

Проектируя очистные установки, использующие мембранные технологии, следует учитывать время пребывания на очистке, а также режим работы. Именно определенные температурный режим и продолжительность очистки, регулируемая числом циклов на одном мембранном модуле, обеспечивают необходимую степень очистки. Наличие различных примесей в воде вызывает необходимость индивидуального подхода к проектированию мембранных установок для очистки воды от конкретных соединений, что в итоге определяет их стоимость.

Литература

1) Исследование проницаемости индивидуальных компонентов через полимерную мембрану [Текст] / Буртная И.А., Ружинская Л.И., Литвиненко Д.В., Кузьменко Е.В. // Материалы І Международной научно-практической конференции «Научная индустрия Европейского континента - ′ 2006». –Днепропетровск: Наука и образование, 2006. – Т. 4. – С. 90.

2) Буртная, И.А.. Исследование выделения органических примесей из сточных вод с использованием мембранных технологий [Текст] / Буртная И.А. Литвиненко Д.В // Mateliały IV Międzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji “Nauka i inowacja - 2008”. – Przemysl.: Nauka i studia, 2008. - Tym 10. Rolnictwo. Ekologia. Geografia i geologia. – Str.41.