Способ получения сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к способам получения сорбентов для очистки сточных вод от нефтепродуктов и может быть использовано в нефтегазовом комплексе, химической технологии и других отраслях промышленности для предварительной очистки сточных вод, сильно загрязненных нефтью.

Известен способ получения сорбирующего материала для очистки водных объектов (Патент РФ на изобретение №2618754 Способ получения сорбирующего материала для очистки водных объектов / Хантимерова Ю.М.; Опубл. 11.05.2017. Бюл. №14), в котором в качестве минерального сырья используют шламовые и золошлаковые отходы ТЭЦ, при этом проводят предварительную термическую обработку обводненного шламового отхода ТЭЦ химводоочистки при температуре 180-200°С, последующее просеивание через сито с размером отверстий не более 0,1 мм, смешивание полученного шламового отхода с золошлаковыми отходами ТЭЦ ультразвуковым диспергатором с добавлением дистиллированной воды, после чего осуществляют термическую обработку полученной дисперсии при температуре 200°С с последующим формованием полученной порошкообразной смеси путем прессования. Полученный сорбирующий материал в виде прессованных таблеток помещают на поверхность водного объекта для удаления разливов масел или используют в качестве загрузочного материала в фильтрах.

Недостатком данного сорбирующего материала является наличие адсорбционно связанной влаги и химически связанной влаги в прессованных таблетках после одностадийного термолиза при температуре 200°С, приводящего к снижению сорбционной нефтеемкости сорбента.

Известен способ получения сорбента для сбора нефти и нефтепродуктов с водных и твердых поверхностей (Патент РФ на изобретение №2487751 / Стригулин А.А., Драгоценнов В.В.; Опубл. 20.07.2013. Бюл. №20), включающий обработку напылением модифицированной алкидной смолы на поверхность алюмосиликатных полых микросфер. Примечание: одним из способов получения алюмосиликатных полых микросфер является погружение золошлаковых отходов ТЭС в жидкость, которые затем собирают с поверхности жидкости и сушат (Патент РФ на изобретение №2263634 Способ получения алюмосиликатных микросфер из золошлаковых отходов теплоэлектростанций и печь для сушки алюмосиликатных микросфер / Смаль А.Н., Предтеченский М.Р.; Опубл. 10.11.2005. Бюл. №31.

Недостатком данного сорбента является его обработка химическими веществами, что оказывает негативное воздействие на экосистему.

Известен сорбент для очистки вод от нефти и нефтепродуктов (Патент РФ на изобретение №2126714 Сорбент для очистки вод от нефти и нефтепродуктов / Гаврин А.И., Нестеров Ю.В., Филимонов О.И., Карасева В.Н.; Опубл. 27.02.1999), содержащий торф, цеолит, пенографит и смесь анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ.

Недостатком данного сорбента является сложность технологического процесса его получения и его низкая экологичность ввиду наличия в нем химических веществ.

Известен способ получения углеродного сорбента (Патент РФ на изобретение №2343972 Способ получения углеродного сорбента / Господинов Д.Г., Шкарин А.В.; Опубл. 20.01.2009. Бюл. №2), включающий измельчение бурого угля до фракции 0,5-5 мм, его нагрев до 150-300°С и выдерживание при указанной температуре в течение 2-5 ч при непрерывном отводе выделяющихся при нагреве газов.

Недостатком данного способа является использование бурого угля, являющегося твердым природным ископаемым, обладающим низкой сорбционной емкостью ввиду большой насыпной плотности и, как следствие, низкой пористостью. Бурый уголь применяют в качестве продукта в химической промышленности для производства парафина, карболовой кислоты, креозота и в виде топлива.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения сорбента, позволяющее повысить его экологические характеристики.

Техническим результатом изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента.

Технический результат достигается тем, что способ получения сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающий измельчение сырья, его термическую обработку и выдерживание, охлаждение, при этом в качестве сырья для получения сорбента используют золошлаковые отходы, накопленные на золоотвалах по схеме гидрозолоудаления, измельчение зо-лошлаковых отходов осуществляют до размера частиц 0,25-0,5 мм, а термическую обработку и выдерживание осуществляют в два этапа, на первом этапе нагревают до 110-120°С и выдерживают при заданной температуре 30-35 минут, а на втором этапе нагревают до 600-630°С и выдерживают при указанной температуре 40-45 минут.

Использование в качестве сырья для получения сорбента золошлаковых отходов позволяет получить экономически безопасный сорбент, с предельно низким содержанием тяжелых металлов (количественный химический состав золошлака представлен в таблице 1).

На основе количественного химического анализа установлено, что золошлаковые отходы, полученные при гидрозолоудалении, относятся к V классу опасности для окружающей природной среды, который имеет наиболее низкую степень вредного воздействия на окружающую среду, т.е. к неопасным отходам, что делает их пригодными для вторичной переработки.

Полученный в результате сжигания угля отход является негорючим и невзрывоопасным.

Измельчение золошлаковых отходов до размера частиц 0,25-0,5 мм позволяет увеличить поверхность массообмена для высвобождения влаги, что способствует увеличению сорбционной емкости. Проведение термической обработки сырьевых золошлаковых отходов в два этапа позволяет активировать рабочий объем пор, что приводит к увеличению сорбционной емкости путем удаления свободной и связанной влаги, при этом равновесные концентрации адсорбируемых компонентов в жидком слое достигаются уже через 2 минуты контакта сорбента с очищаемой средой. Это обусловлено тем, что нагревание до 110-120°С в течение 30-35 мин позволяет снизить содержание свободной влаги, которая находится на поверхности материала и в крупных капиллярах, а нагревание на втором этапе до 600-630°С и выдерживание при заданной температуре в течение 40-45 мин. позволяет снизить содержание физико-химической влаги (адсорбционной и осмотической) и химически связанной влаги. При этом выдерживание золошлаковых отходов в муфельной печи при 600-650°С менее 40 минут приводит к наличию крупных твердых образований, что обусловлено недостаточной дегидратацией материала. Таким образом, удаление свободной и связанной влаги из золошлаковых отходов в два этапа позволяет увеличить сорбционную емкость сорбента и после окончания прокаливания и остывания пробы получить образец модифицированного сорбента.

Пример 1. Золошлаковые отходы отбирают на золошлакоотвале Новочеркасской ГРЭС. Затем их измельчают до размера частиц 0,25 мм, после чего осуществляют термическую обработку два этапа. На первом этапе нагревают до 110°С и выдерживают при заданной температуре 30 минут, а на втором этапе нагревают до 600°С и выдерживают при указанной температуре 40 минут. Затем их охлаждают до температуры окружающей среды и используют по назначению. Сорбционная емкость составила 0,54 г/г по нефтепродуктам.

Пример 2. Золошлаковые отходы отбирают на золошлакоотвале Новочеркасской ГРЭС. Затем их измельчают до размера частиц 0,38 мм, после чего осуществляют термическую обработку два этапа. На первом этапе нагревают до 116°С и выдерживают при заданной температуре 33-минуты, а на втором этапе нагревают до 615°С и выдерживают при указанной температуре 43 минуты. Затем их охлаждают до температуры окружающей среды и используют по назначению. Сорбционная емкость составила 0,56 г/г по нефтепродуктам.

Пример 3. Золошлаковые отходы отбирают на золошлакоотвале Новочеркасской ГРЭС. Затем их измельчают до размера частиц 0,5 мм, после чего осуществляют термическую обработку два этапа. На первом этапе нагревают до 120°С и выдерживают при заданной температуре 35 минут, а на втором этапе нагревают до 630°С и выдерживают при указанной температуре 45 минут. Затем их охлаждают до температуры окружающей среды и используют по назначению. Сорбционная емкость составила 0,55 г/г по нефтепродуктам.

Физико-химические показатели полученного сорбента: насыпная плотность 0,666 г/см³ (ГОСТ Р 51641-2000); зольность образца составила менее 5 мг/кг (ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.32-02); истираемость 8,5% (ГОСТ Р 51641-2000); суммарный объем пор 0,506 см³/г (ГОСТ 17219-71). Гранулометрический состав определен по ГОСТ 12536-2014. Сорбционную емкость сорбента по отношению к нефтепродуктам определяли пропусканием через сорбент массой 5,00 г различных объемов растворов с концентрацией нефтепродуктов 10000 мг/дм³. Насыщение сорбента произошло при объеме пробы 280 см³. Сорбционная емкость модифицированного сорбента составила 0,54-0,56 г/г по отношению к нефтепродуктам.

В таблице 2 представлены физико-химические показатели сорбента, полученного по заявляемому способу и по прототипу.

Полученный модифицированный сорбент на основе золошлаковых отходов, накопленных на золоотвалах при гидрозолоудалении, с вышеуказанными физико-химическими свойствами имеет более высокую эффективность не менее 85% для очистки природных пресных вод от нефтепродуктов при динамических и не менее 95% при статических условиях сорбции в диапазоне содержаний от 5 до 300 мг/дм³ в сравнении с сорбентом, изготовленным по прототипу.

Таким образом, совокупность предлагаемых существенных признаков позволяет достичь желаемого результата.