Mazlova_E.A._i_dr._Ochistka_stochnyh_vod_na_predpriyatiyah_neftegazovogo_kompleksa

в

Рисунок 9. Рулонный мембранный элемент в размотанном виде (а); в

поперечном разрезе (б); в корпусе (в): 1 – трубка отвода пермеата; 2 – мембрана; 3 –

дренажный слой; 4 – сетка-сепаратор; 5 – область склейки; 6 – корпус

ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ Химическая посуда и приборы

Весы лабораторные Мерные колбы на 100 мл- 7 шт.

Мерная колба на 500 мл- 4 шт.

Мерные колбы на 50 мл- 6 шт.

Пипетки градуированные Стаканчики на 100 мл – 5 шт.

Кондуктометр Муфельная печь

Моделирование загрязнения минерализованной воды

Для выполнения лабораторной работы лаборант моделирует загрязнение минерализованной воды заданной концентрации. Объем загрязненной воды подаваемой на очистку равен 90 литров. Перед началом эксперимента необходимо отобрать пробу исходной загрязненной воды для определения концентрации минеральных растворенных примесей.

Обработка загрязненной воды на установке

Лабораторная работа проводится на установке обратного осмоса (рис. 10).

21

Рисунок 10. Лабораторный экспериментальный стенд для исследования технологии многостадийной обратноосмотической очистки сточных вод.

V1 - V7 – емкости; CV01 – приводная запорно-регулирующая арматура; FT01 - FT07 – ротаметры; РТ01 - РТ10 - манометры; RO01 - RO03 обратноосмотические рулонные мембранные блоки (картриджи); остальные обозначения по ГОСТ 2.782-96

ЕСКД «Обозначения условные графические. Машины гидравлические и пневматические».

Стенд оснащен электронными приборами измерений и контроля. Данные от приборов получает ПЛК, который содержит интерфейс обмена информацией с компьютером, что позволяет обрабатывать все данные от приборов и записывать их.

Стенд имеет блок питания и блок управления, блок контроля расхода, который состоит из 6 ротаметров, предназначенных для контроля расхода концентрата(FT02),

пермеата(FT07) и исходной воды(FT01), которые соединены между собой трубопроводом.

Перепад давления концентрата на мембранных блоках, давление пермеата за каждым блоком и исходное давление на нагнетании насоса, подающего сток, фиксируется манометрами.

Контуры соединены между собой трубопроводом, имеют три мембранных блока,

которые состоят из корпуса и мембраны, штуцера для ввода и вывода очищенного стока,

22

три насоса мощностью 2,2 кВт и три емкости 60 л объемом. Все элементы экспериментального стенда закреплены на основании.

Приводная арматура CV01 устанавливает соотношение концентрат-пермеат в ручную, с пульта или задает для управления в автоматическом режиме.

Каждый мембранный блок имеет быстродействующий аварийный сбросной клапан.

Рисунок 11. Общая схема лабораторного стенда для очистки обратным

осмосом

М1 - М3 мембранные блоки первой, второй и третьей ступени;E1 - E3 емкости; Р1

– Р6 ротаметры;1 – 2 – предварительное реагентное регулирование pH пермеата после первой, второй ступени.; н- насосы; м- манометры.

Загрязненная вода поступает в емкость сбора Е1 и насосом под давлением 10 Мпа подается на рулонный фильтр М1, где происходит первая ступень очистки обратноосмотическими мембранами. Концентрат и промывочная жидкость возвращаются в емкость Е1 и снова проходят очистку на мембранном картридже М1, а пермеат проходит промежуточную очистку в блоке 2 поступает во вторую емкость Е2 , оттуда после накопления стока под давлением 4 МПа попадает на мембрану М2. Затем концентрат и промывочная жидкость второй ступени возвращаются в емкость Е2, откуда опять подаются на мембранный картридж М2. Пермеат второй ступени подается в емкость Е3, где накапливается и под давлением попадает в мембранный картридж М3, где происходит финишная доочистка воды. Оставшийся концентрат возвращается в емкость Е3, а очищенная вода выводится.

23

Для проведения эксперимента по очистке воды от ионов минеральных примесей на данной установке будет осуществляться последовательная работа трех мембранных элементов по концентрату (трехступенчатый обратный осмос по концентрату) как с возвратом потоков в исходную емкость, так и с раздельным сбором концентрата и пермеата и выполняться следующие действия:

Начальное состояние всей арматуры – закрытое; электроагрегатов – выключенное.

Для работы с возвратом в исходную емкость открыть следующую арматуру: 01, 02,

06, 15 16, 18, 19, 22, 23, 24, 26, 28, 45.

Для работы с отводом концентрата и пермеата в разные емкости, перекрыть арматуру 11, 45 и открыть арматуру 12, 25.

Арматурой 03 (грубо) и 04 (точно) настроить необходимое соотношение расхода и давления в системе.

Для создания пульсаций потока на первой ступени включить арматуру 09 и задать,

на пульте, требуемую частоту пульсаций; после чего открыть арматуру 10. Для создания пульсаций потока на второй ступени включить арматуру 48 и задать, на пульте,

требуемую частоту пульсаций; после чего открыть арматуру 46. Для создания пульсаций потока на третьей ступени включить арматуру 49 и задать, на пульте, требуемую частоту пульсаций; после чего открыть арматуру 47.

Соотношение концентрат-пермеат может устанавливаться приводной арматурой

CV01 как вручную, с пульта, так и может быть заданно для управления в автоматическом режиме. В автоматическом режиме контроллер управляет арматурой CV01 так, чтобы обеспечить заданный расход концентрата.

Расход исходного раствора фиксирует расходомер FT01, расход концентрата – FT02,

расход пермеата – FT07. Манометр РТ01 фиксирует исходное давление на нагнетании насоса Р01. Манометры РТ04 и РТ08 перепад давления концентрата на первой мембране

RO01, манометры РТ05 и РТ09 перепад давления концентрата на второй мембране RO02,

манометры РТ06 и РТ10 перепад давления концентрата на третьей мембране RO03.

Манометры РТ06, РТ07 и РТ08 фиксируют давление пермеата.

Определение солесодержания кондуктометрическим методом

Нормативно установлены разные ПДК минеральных солей для водных растворов в зависимости от целей использования.

1.Дистиллированная вода согласно ГОСТ 6709-72 не должна иметь солесодержание более 5 мг/л.

24

2.ПДК минеральных веществ в воде для питьевых целей не может превышать 1000

мг/л, что соответствует пресной воде. Электропроводимость такой воды - 2500

мкСм/см при 20°С. Верхний предел в 1500 мг/л допустим в отдельных случаях для частной ситуации с учетом санитарной обстановки в определенном населенном пункте.

3.В соответствии с нормами ГОСТ Р 54316-2011 степень солесодержания в минеральных природных питьевых водах может находиться в пределах от 1000 до

1500 мг/л.

Кондуктометрия позволяет определить солесодержание в воде по электропроводностицифровом выражении способности воды проводить электрический ток. Электрическая проводимость воды зависит от концентрации растворенных солей и температуры. Больше всего на этот показатель влияют K+, Ca2+, Mg2+, Na+, SO42-, Cl-, HCO3-. По значениям электропроводимости можно приближенно судить об общем солесодержании в воде.

Кондуктометры состоят из чувствительного элемента (кондуктометрической ячейки) и измерительного прибора, соединенных в общую электрическую цепь. В ячейке находятся два или более электрода, жестко закрепленных в корпусе из электроизоляционного материала. Корпус и электроды формируют определенный постоянный объем анализируемой жидкости, чем обеспечивается неизменность условий измерения. Через электроды и раствор, заполняющий ячейку, пропускается переменный ток низкого напряжения, электрическое сопротивление жидкости измеряется прибором

COM-80 HM Digital Hydrotester.

Шкалы/Единицы измерения для EC (Электрическая проводимость):

μS = micro-Siemens

mS = milli-Siemens (1 mS = 1000 μS)

Шкалы/Единицы измерения для TDS (Общее солесодержание): ppm = parts per million (частиц на миллион)

ppt = parts per thousand (частиц на тысячу) (1 ppt = 1000 ppm)

Проведение измерений EC и TDS

1.Снимите защитный колпачок. Не используйте колпачок для проведения измерений.

2.Нажмите кнопку POWER. Показания прибора в воздухе всегда будут нулевыми.

3.Погрузите электрод прибора в тестируемую жидкость.

4.Слегка помешивая дождитесь стабилизации показаний.

25

5.Для фиксации измерений на дисплее прибора нажмите кнопку HOLD.

6.Повторным нажатием на кнопку HOLD верните прибор в обычный режим.

7.Нажмите кнопку POWER для выключения прибора.

8.Стряхните остатки жидкости с электрода и промойте водой с низким значением

TDS (дистилированная, деионизированная или вода после обратного осмоса).

Наденьте защитный колпачок.

Переключение режимов

1.Включите прибор и нажмите и удерживайте кнопку MODE.

2.Шкалы будут отображаться на дисплее по кругу в нижеследующем порядке:

mS à μS à ppt à ppm à mS

3. Отпустите кнопку MODE для выбора нужного режима.

Измерение температуры и переключение температурных режимов

1.Температура всегда отображается на дисплее прибора (кроме режима калибровки)

вместе с измерениями EC/TDS.

2.Режим измерения темпреатуры по умолчанию градусы Цельсия. Для изменения редима измерения температуры нажмите на кнопку TEMP/CAL для переключения между градусами Цельсия или Фаренгейт.

Определение солесодержания воды гравиметрическим методом

Гравиметрический метод точнее показывает общее содержание минеральных веществ в воде. Методики и порядок проведения химического анализа устанавливает ГОСТ 18164-72. Пробу воды подвергают испарению на водяной бане. После удаления видимой воды фарфоровую посуду с сухим составляющим сушат в термостате при 108 -

111°С до постоянной массы.

Солесодержание воды высчитывают по отношению разности массы чашки с оставшимся после прокаливания содержимым и массы пустой посуды к объему пробы воды, взятой для анализа. MgCl2, CaCl2 гигроскопичны и подвергаются гидролизу во время нагревания, кристаллогидраты CaSO4, MgSO4 трудно отдают воду, что меняет результаты исследования в сторону завышенных показателей.

Для уменьшения влияния этих эффектов на конечный результат к пробе во время

Эффективность очистки, % , рассчитывают по формуле:

26

Э С0 С 100%

С

ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Полученные результаты заносят в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты обработки минерализованной воды на установке

обратного осмоса

№Концентрация растворенных Эффективность Наблюдения за

В отчете о проделанной работе делается вывод о том, какой из исследуемых режимов обработки был эффективнее других и обосновывается данный выбор.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Чем системы обратного осмоса отличаются от других фильтров?

2.Что представляет собой мембрана и как в ней происходит процесс очистки?

3.Что означает слово «пермеат»?

4.Что означает слово «концентрат»?

5.При каком водяном давлении начинает работать осмос?

6.Каков размер пор в мебранах для фильтрации воды?

7.Какими свойствами должна обладать обратноосмотическая мембрана?

8.Какие жидкие смеси можно разделить методом обратного осмоса?

ЛИТЕРАТУРА

1.Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения: пер. с англ. [Текст] . М.: Химия, 1981. - 464 с., 29 п. л.

27

2. Обессоливание морской и нефтяных вод методом мембранного электродиализа при добыче и транспортировке нефти [Текст] Мастобаев Б.Н., Керимов В.Ю., Бахтизин Р.Н., Иванов А.И., Костенко К.А., Каримов Э.Х., Локшин А.А., Мовсумзаде Э.М., 2017//Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья 2017 №3. - С. 27-32

28

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТА ДЛЯ

ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ Цель работы

Определить эффективность применения ультрафиолета для обработки сточных вод от органических примесей

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Загрязнение природных вод различными, сложными по своему химическому строению и свойствам органическими соединениями искусственного происхождения является проблемой большинства развивающихся стран мира. Большой вклад в загрязнение окружающей среды вносят сточные воды и их очистка от химических веществ, трудно поддающихся обработке обычными способами, является актуальной задачей. В этой связи сравнительно недавно началось активное развитие и внедрение ряда методов очистки, которые получили название Advanced Oxidation Processes (AOP) или интенсивные окислительные процессы. Все многообразие данных процессов объединено общим принципом – разрушение органических загрязнителей под воздействием активных частиц – радикалов (как правило, подразумеваются гидроксил радикалы HO•).

Полученные радикалы разлагают органические молекулы до промежуточных продуктов с меньшей молекулярной массой либо, в случае полного окисления, до CO2 и H2O.

Главными достоинствами AOP являются высокая скорость и неселективность реакций радикального окисления. Скорость процессов с участием HO• намного превышает скорость реакции с такими распространенными окислителями как пероксид водорода или перманганат калия.

В зависимости от AOP методы отличаются способом получения радикалов. Среди них сложно выделить химические (озонирование, пероксон-процесс O3/H2O2, Фентон-

процесс), фотохимические (УФ/H2O2, фото-пероксон УФ/O3/H2O2), фотокаталитические процессы (фото-Фентон, УФ/TiO2) и др. На сегодняшний день можно выделить такие процессы как озонирование, УФ/H2O2, пероксон процесс как наиболее распространенные.

AOP могут разложить соединения, устойчивые к озонированию или окислению перекисью водорода, биологической очистке. Они показали свою эффективность для разрушения галогенизированных углеводородов (трихлорэтан, трихлорэтилен),

соединений ароматического ряда (бензол, толуол, этилбензол, ксилол), пентахлорфенола,

нитрофенолов, моющих средств, пестицидов, антибиотиков и пр. AOP методы эффективны и при разложении фенолов и его производных, которые являются опасными загрязнителями природных и сточных вод. Фенол широко используется в областях

29

производства синтетических волокон, каучука, пластмасс, лекарственных препаратов,

пестицидов, красителей. Из-за высокой токсичности, растворимости в воде и низкой способности к биоразложению, фенолы считаются одними из самых опасных соединений,

которые имеют высокий канцерогенный потенциал. Многие исследования показали, что концентрация фенола и его производных в воде ниже 0,1 мг/л приводит к нежелательным вредным воздействиям на людей, флору и фауну.

Реализация AOP методов невозможна без знания механизмов деструкции органических загрязнителей, позволяющих смоделировать их поведение в процессе воздействия на них различного рода окислителей. Каждый из AOP методов характеризуется широким диапазоном параметров, эффективность каждого процесса для разложения определенного типа органического загрязнителя требует отдельного изучения.

Методика проведения работы

Лабораторная работа проводится на установке фотохимической очистки промышленных сточных вод. На примере разложения модельного раствора фенола исследуем метод УФ/H2O2.

Перед началом эксперимента предварительно готовят стандартный раствор фенола.

Для этого в колбу 1000 мл вносят 8 г фенола, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.

С помощью мерного цилиндра отмеряют 100 мл 37 % раствора пероксида водорода.

Примечание: При работе с пероксидом водорода необходимо соблюдать правила

техники безопасности. Учащийся, работающий с концентрированным раствором пероксида водорода, должен иметь плотно сидящие очки и резиновые перчатки, при опасности разбрызгивания необходимо использовать халат. При попадании брызг в глаза или на кожу необходимо промыть их большим количеством воды в течение не менее 15 минут и затем обратиться к врачу.

Для проведения эксперимента по очистке воды от фенола на данной установке

осуществляются следующие действия:

1.Изучите схему установки (рис. 4).

2.Проверьте состояние клапанов на установке: К1; К3 – К6; К8; К10 –

К12 должны быть закрыты, остальные открыты.

30