Методы очистки нефтезагрязнений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

КАФЕДРА

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

РЕФЕРАТ

Химия нефти и газа

«Методы очистки нефтезагрязнений»

Санкт-Петербург 2012 год



Введение

Одной из серьезных проблем защиты природной среды при нефтегазодобыче является ликвидация нефтяного загрязнения почвы. Нефть и нефтепродукты нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов. Устранение разливов нефти позволяет значительно улучшить санитарное состояние не только на территориях, непосредственно прилегающих к технологическим объектам, но и окружающей среды - воздуха и воды.

Достаточно традиционными (к сожалению) для современной цивилизации стали экологические катастрофы, связанные с наземными разливами нефтепродуктов (НП). Загрязнение такого рода негативно воздействуют на почвенный слой, поверхностные воды и геологическую среду, в том числе подземные воды. Немалая доля таких происшествий связана с авариями на нефтехранилищах и их ненадлежащей эксплуатацией. При этом даже после прекращения действия таких нефтехранилищ они на долгие годы остаются источниками загрязнений.

Проблема рекультивации земель и водных объектов в районах разлива нефтепродуктов (РРНП) часто затруднена чрезвычайно высоким уровнем их загрязнения, препятствующим деятельности углеводородокисляющей микрофлоры и естественному самоочищению. В силу высокой затратности как самих рекультивационных мероприятий, так и получения исходных исчерпывающих данных о характере загрязнения и геологии РРНП априорно избранная технология очистки почвогрунтов и подземных вод, как правило, подвергается коррекции.

Восстановление нефтезагрязненных земель является в настоящее время одним из сложных и в то же время малоизученных объектов рекультивации. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении.

Попадая в окружающую среду, ископаемые углеводороды, в частности нефть и продукты ее переработки, не только губят флору и фауну, но и наносят прямой вред здоровью человека. Положение усугубляется тем, что решение этого вопроса (как, впрочем, и большинство других экологических проблем) долгие годы откладывалось на будущее. В связи с этим нам кажется актуальным поднятие вопроса о снижение риска аварий на предприятиях, перерабатывающих нефть и занимающихся транспортировкой и распространением нефтепродуктов.



Методы локализации нефтезагрязнений почв

В таблице 2 представлена классификация современных методов локализации и ликвидации нефтезагрязнений почв.

В механических методах производится обваловка загрязненного участка и создается «запруда», чтобы ограничить растекание нефтепродукта.

Сущность локализации нефтезагрязнения природной среды с использованием физико-химических методов заключается в:

-- экранировании поверхности (зеркала испарения) разлитого нефтепродукта;

-- превращении разлитого нефтепродукта в гелеобразное или твердое состояние;

-- обработке почвы с целью ее защиты от нефтепродукта. Экранирование поверхности разлитого нефтепродукта может обеспечить предотвращение его испарения и загорания. Для этих целей созданы пенообразователи.

В настоящее время разработаны рецептуры гелеобразных пен на основе поливинилового спирта с добавками гелеобразующего агента -- хлорида железа и инициатора гелеобразования -- оксида цинка. Наиболее эффективным классом пенообразователей являются универсальные фторированные пенообразователи типа «Легкая вода» (США). Разработаны и отечественные аналоги пленкообразующих пенообразователей: «Форэтол» и «Универсальный».

Интенсивность испарения можно снизить или почти полностью исключить, покрыв поверхность жидкости слоем пены, включающей поверхностно-активные вещества (ПАВ) и полиоксиалкилен-полиизоцианатный полимер. В качестве ПАВ пенный концентрат содержит неионные, катионные, анионные и амфотерные вещества, в том числе фторированные.

Разработан состав пенообразователя с низкой вязкостью, предназначенный в смеси с водой для формирования пены, используемой для покрытия зеркала испарения полярных жидкостей. В состав концентрата пенообразователя входят 4--6% лимонного пектина, 3--9% бентаина, 9--20% алкилсульфата натрия, 1--4% стабилизатора пены -- фторзамещенного тиоэфира.

Для превращения разлитого на почву нефтепродукта в гелеобразное, загущенное или твердое состояния разработаны физико-химические методы с использованием структурообразователей и других химических веществ.

Принцип действия стуктурообразователей на основе алкилок-сибората лития (натрия) основан на полиассоциации алкилоксибората лития (натрия) в растворе углеводородов и эффекте сольватации. Процесс полиассоциации происходит спонтанно и очень быстро, и свойства загущенных систем зависят от свойств растворителя (углеводородов нефтепродукта).

Перспективным направлением загущения нефтепродуктов является использование двухкомпонентных систем, одним из которых является какая-либо органическая кислота или смесь кислот (например, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, линолевая и т. п.), другим -- неорганическое основание (например, гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

Гелеобразование нефтепродукта можно достичь путем воздействия на нефтяные углеводороды водой и полиэфиром с изоцианатными группами. Образующийся при этом густой гель практически не проникает в глубь почвы.

Загущение нефтепродукта может быть достигнуто путем применения связывающих материалов, как правило, сорбентов.

Разработан состав, который позволяет отвердить разлитые нефтепродукты. В его составе содержится 50% и более активированного угля, 10% оксида магния или органофильной глины, 50% гидрофобного полимера с молекулярной массой 5000-30000 (например полиакриловой кислоты), 10 % оксида алюминия или кремния, 5 % силиката магния.

Осуществить защиту почвы от проникновения в нее нефтепродукта можно путем ее обработки водным раствором нетоксичного полимера -- Na-соли полиакриловой кислоты.

Таблица 1

Локализация нефтезагрязнения
Механические методы (Обваловка загрязнения)	Физико-химические методы (пено-, пленко- гелеструктурообразователи сорбенты)
Сбор разлившегося на почве нефтепродукта
Механические методы Сбор в жидком виде специальным оборудованием (насосы)	Физико-химические методы Сбор в связанном виде сорбирующими материалами (сорбционный метод )
Снижение содержания нефтепродукта в почве до остаточного уровня
Захоронение загрязненной почвы Термические методы	Физико-химические методы Химический Экстракционный (очистные комплексы) Дренирование почвы Пневматическое фракционирование	Биологические методы Агротехнические мероприятия, Биопрепараты (на основе бактерий или ПАВ), Гуминовые кислоты Фитомелиорация

Санитарно-гигиенические показатели допустимого содержания нефтепродуктов в компонентах природной среды

В настоящее время не определены значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) нефтепродуктов для почв. Исключение составляет бензин, ПДК которого составляет 0,1 мг/кг почвы.

В таблице 1 приведена классификация нефтезагрязнений почв сельскохозяйственного назначения в зависимости от содержания нефтепродукта в них.



Таблица 2. Классификация нефтезагрязнений почв сельскохозяйственного назначения в зависимости от содержания нефтепродукта

Уровень	Содержание нефтепродукта в почве мг/кг почвы	Классификация нефтезагрязнения
1	Менее 1000	допустимый
2	От 1000 до 2000	Низкий
3	От 2000 до 3000	Средний
4	От 3000 до 5000	Высокий
5	Свыше 5000	Очень высокий

В соответствии с «Временным классификатором промышленных отходов и методическими рекомендациями по определению класса токсичности промышленных отходов» (Минздрав СССР, ГК НТ СССР, 1987 г.) почвы, загрязненные нефтепродуктом, относятся к 3-му классу токсичности.

Методы сбора разлившегося на почве нефтепродукта

Методы сбора разлившегося на почве нефтепродукта можно разделить на механические и физико-химические.

В механических методах сбор нефтепродукта в жидком (несвязанном виде) обычно производится с помощью «грязевых» насосов типа илосборников, позволяющих собирать нефтепродукт с любой вязкостью и содержащий значительные количества механических примесей (например, почвы).

Могут использоваться отечественные собирающие установки вакуумного типа, работающие по принципу пылесоса. Среди них вакуумные установки «ВАУ-1», «ВАУ-2», обеспечивающие сбор нефтепродукта с почвы с емкостью одной загрузки от 200 -- 300 л, производительностью от 2 до 4 куб. м.

Преимущества сбора нефтепродукта с почвы с использованием собирающих установок заключается в том, что этот метод дает возможность:

-- осуществления сбора нефтепродукта в срочном порядке;

-- максимального сбора нефтепродукта при любых масштабах его разлива;

-- сбора нефтепродукта в труднодоступных местах (например, на территориях баз и складов горючего, имеющих сложные коммуникации, на ландшафтах, заросших кустарниками, и т. п.);

-- осуществить регенерацию разлитого нефтепродукта.

Физико-химические методы предполагают сбор разлившегося на почве нефтепродукта в загущенном, гелеобразном или твердом виде после локализации разлива методами, описанными выше.

Наиболее распространенным является сорбционный метод сбора, который предусматривает использование сорбирующих материалов (песка, опилок, торфа и др.). Однако, этот метод эффективен только при сборе небольших количеств нефтепродукта с почвы. Поэтому при крупных разливах он может использоваться на этапе «досбора» топлива после применения собирающего оборудования. Разновидностью сорбционного метода является сбор нефтепродукта с почвы при значительных аварийных разливах, выходящих за пределы проливов локального значения, когда при работах на открытой местности используется обычная землеройная техника (например, экскаваторы), с помощью которой разлитое топливо вместе с почвой собирается в транспортные средства и перевозится на полигоны временного хранения (в данном случае, почва является связывающим материалом для нефтепродукта).

Методы снижения концентрации нефтепродукта в почве до остаточного уровня загрязнения

Очистка сильнозагрязненных нефтепродуктами почв может производится путем удаления загрязненного почвенного слоя с последующей его транспортировкой в места захоронения. Однако захоронения нефтесодержащих шламов в земле могут сохраняться в течение нескольких десятков лет. Это приводит к накоплению токсичных отходов и возможному поступлению нефтеотходов в грунтовые воды. Кроме того, даже в случае правильного захоронения требуется отчуждение большого количества земель, и происходит изменение структуры грунта.

Методы снижения концентрации нефтепродукта в почве до остаточного уровня можно разделить на физико-химические и биологические.

Физико-химические методы

Среди указанных методов -- термические, химический, экстракционный, а также дренирование почвы.

1. Термические методы

Метод сжигания предполагает обжиг загрязненной нефтепродуктом почвы на месте или после ее съема в специальных печах.

Наилучшей схемой является высокотемпературное сжигание во вращающейся печи с камерой дожигания, системой утилизации тепла и многоступенчатой очисткой топочных газов. Первоначально в мельнице с помощью проходящих через нее горючих газов проводится сушка и одновременное измельчение загрязненной почвы с получением фракции 0--10 мм. При этом большая часть ядовитых веществ переходит в газовую фазу. После сушки почва совместно с газовой фазой обрабатывается при 1000--12000°С в оснащенном газовой горелкой участке. С помощью циклонного сепарирования материал отделяется от газовой фазы, которая возвращается в цикл для полного разложения ядовитых веществ. После обеззараживания почва возвращается на прежнее место.

Среднезагрязненная почва обрабатывается при температуре 700--800°С, а сильнозагрязненная -- в печи кипящего слоя, работающей на углеводородном топливе, при 900°С. Такие установки успешно используют в Западной Европе.

В Канаде производят очистку гравия от нефтепродуктов путем обжигания его в псевдоожиженном слое, что позволяет полностью удалить загрязнение с гравия при приемлемом составе компонентов выхлопных газов.

В способах очистки почвы от нефтепродуктов на месте используется подогрев (метод пневматического фракционирования), либо «прямое» выжигание. В первом случае в почве делают вытеснительные скважины, через которые загрязненную почву прогревают либо косвенным подогревом, либо прямой подачей газообразных продуктов сгорания или их смеси с воздухом. Образовавшийся технологический газ подвергают дополнительному сжиганию при высоких температурах.

«Прямое» выжигание почвы может осуществляться как без ее выемки, так и с выемкой (выжигание на поддонах). В настоящее время применение этого метода запрещено, так как в атмосферу попадают вредные продукты возгонки и неполного окисления углеводородов.

Основными преимуществами метода сжигания являются высокая интенсивность процесса, возможность применения при высоких уровнях загрязнения. Среди недостатков метода выжигания:

-- необходимость специального оборудования, большого количества энергии;

-- большие капитальные затраты на строительство печи и многоступенчатой системы очистки топочных газов, т. к. сжигание сопровождается интенсивным образованием микрочастиц;

-- большое количество захораниваемых шламов, связанных с необратимостью изменений почвы при сжигании;

-- значительное увеличение сроков естественного восстановления почвы;

-- образование канцерогенных веществ при пирометрических процессах.



Химический метод

Химическая очистка - удаление нефти и нефтепродуктов с помощью специальных веществ и составов.

Химическая мелиорация - коренное улучшение свойств почв достигаемое внесением химических веществ (химических мелиорантов).

Из химических процессов широко применяются нейтрализация, окисление и восстановление загрязненных почвогрунтов.

Нейтрализация нефтезагрязненных почвогрунтов производится путем добавления реагентов. Например, почвогрунты подвергаются обработке оксидом щелочноземельного металла, предварительно обработанного ПАВ в отношении: отходы - реагент (1:1 - 10). После смешения с почвогрунтом оксид щелочноземельного металла образует с водой гидроксид, в результате чего загрязненный почвогрунт равномерно им адсорбируется. В итоге получают сухой, сильно гидрофобный порошок, который можно использовать в качестве облицовочного материала для различных хранилищ, строительного материала при сооружении дорог, для посыпки льда и т.д.

Нейтрализация нефтеотходов требуют применения специального оборудования и технологий. В практике химического обезвреживания нефтеотходов в России и за рубе-жом известны технологии фирм «ИНСТЕБ», «Экотех», «МосводоканалНИИП», «Мейснер Грундбау», «Фест Альпине», «Лео Консулт» и др.

Нейтрализация нефтезагрязненных вод осуществляется путем добавления реагентов перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод. В качест-ве реагентов используют: NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, цемент и др.

Более перспективным способом очистки нефтезагрязненных почв и вод является окисление углеводородов нефти и нефтепродуктов различными окислителями: озоном, кислородом воздуха, перманганатом калия и др.

Методы восстановительной очистки загрязненных нефтью и нефтепродуктами почвогрунтов применяют в том случае, если в их состав входят легко восстанавливаемые вещества.

К наиболее распространенным и эффективным методам химической мелиорации относится: известкование, гипсование, кислование, внесение органических удобрений.

Наибольшее распространение в качестве химических мелиорантов для регулиро-вания кислотности и щелочности почв получили следующие известковые материалы: при известковании - известняковая мука, молотые доломитизированные известняки и доломит, молотый мел, мергель, доломитовая мука; для гипсования - гипс, глина - гипс, фос-фогипс; для кислования почв - кислоты (серная), сера, железный купорос, сульфат алю-миния, хлористый кальций, дефекаты. Регулирование кислотности играет важную роль в технологиях биологической рекультивации нефтезагрязненных почв.

Для активного восстановления почв, превратившихся в результате нефтяного загрязнения в техногенные солончаки и солонцовые почвы, рекомендуется гипсование почв.

Для повышения водно-физических свойств почв, закрепления гумуса, улучшения активности углеводородокисляющих микроорганизмов применяют различные химиче-ские вещества или структуры почв. В качестве структуров почв применяют: азотосодер-жащие химические мелиоранты (жидкий аммиак или мочевиноформальдегидные конденсаты); поликомплексы (полиакриловая кислота, водорастворимые полиэлектролиты, карбомидная смола, растворы сульфатно-дрожжевой бражки, катионные электролиты и т.д.); для мелиорации тяжелых почв используют пенопласты на основе полистирола и мочевиноформальдегидных смол; для закрепления гумуса и оструктуривания почв Укр-НИИ почвоведения предложил органоминеральный комплекс следующего состава: железный купорос (60 - 80%), карбонат кальция (20 - 25%), хлористый кальций (4 - 6%), медный купорос (0,4 - 0,6%).

В качестве депрессоров испарения и диспергаторов почвы используют поверхностно-активные вещества ПАВ - отходы нефтеперерабатывающей промышленности, синтетические жирные кислоты, полимеры - латексы и др.

Одним из приемов химической мелиорации является электромелиорация. Пропуск постоянного электрического тока через загрязненные почвогрунты изменяет состав и структуру твердой фазы почв, солевой состав почвенного раствора, повышает раствори-мость некоторых солей, усиливается коагуляция коллоидов, образование структурных агрегатов.

Над разработкой химических препаратов для очистки нефтезагрязнений работает огромное количество специалистов. Одним из изобретений стал препарат «Эконафт», который был разработан специалистами Курского института экологической безопасности. Препарат «Эконафт» - (Патент РФ № 2160758 “Сорбент для очистки нефтемаслозагрязнений”) создан для химического обезвреживания и нейтрализации токсичных нефтемаслоотходов. Ниже приведен состав препарата.

Препарат состоит из двух компонентов:

1) Негашеная известь по ГОСТ 9179-77 “Известь строительная”.

Содержание в составе препарата до 95%;

2) “Модификатор”, ТУ 2123-002-11085815-94. Содержание в составе препарата до 5%.

Препарат приготавливается путем смешения компонентов на месте производства работ, а также может поставляться в расфасованном затаренном виде в полиэтиленовых или крафтмешках.

Соотношение отходы - препарат определяется в зависимости от содержания нефтепродуктов в отходах и колеблется в соотношении 1-1…2 (по объему).

Сущность химического обезвреживания и утилизации нефтеотходов состоит в следующем:

Способ основан на свойствах окиси минеральных сорбентов (негашеная известь - СаО, магния - MgO и хрома - Cr2O3) при гашении увеличивать удельную поверхность в 15-30 раз и тем самым превращаться в объемное вяжущее вещество с высокой абсорбционной способностью для высокомолекулярных веществ и, в частности, для углеводородов нефти.

Процесс гашения сопровождается выделением большого количества тепла:

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 1164 кДж/кг СаО

В результате чего и происходит резкое увеличение удельной поверхности. Однако гашеная известь смачивается водой, что приводит к резкому сокращению или устранению ее абсорбционной способности.

Для придания гидрофобизирующих свойств в процессе гашения вводят специальные вещества-модификаторы.

В состав препарата "Эконафт" введен модификатор - полный эфир глицерина и высших жирных кислот - триглицерид. При смешении с известью глицерид образует с поверхностью минерального сорбента прочную химическую связь, что приводит к образованию нового соединения - триглицерида кальция и активации поверхности для последующего гидрофобного взаимодействия с углеводородами нефти.



При взаимодействии с поверхностью сорбента образуется триглицерид кальция.

Процесс солеобразования протекает практически полностью.

Получаемые соли и придают гидрофобность и прочность гранул продукту реакции препарата с углеводородами.

Таким образом, сущность химического способа обезвреживания нефтемаслоотходов заключается в том, что нефтемаслоотходы обрабатываются негашеной известью с добавкой модификатора путем перемешивания. При этом оксид щелочно-земельного металла образует с водой гидроксид, в результате чего нефтепродукты равномерно им адсорбируются с получением сухого, стойкого при хранении порошкообразного вещества, состоящего из мельчайших гранул, представляющих по химическому составу мельчайшие частицы обезвреженных нефтемаслоотходов, заключенные в известковые оболочки - капсулы, которые равномерно распределены в массе продукта.

Метод экстракции нефтепродуктов

Экстракционный метод основан на извлечении нефтяных углеводородов из почвы с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). В качестве экстрагентов применяются легкие фракции нефтепродуктов, горячая вода, перегретый водяной пар, моющие средства и т. д. (если в качестве экстрагента используется перегретый пар, говорят о термодесорбции нефтепродукта из почвы).

Основными этапами экстракционного метода являются:

-- гомогенизация и измельчение загрязненной почвы;

-- смешивание почвы с экстрагентом при определенных условиях;

-- сушка суспензии, выводимой из экстракционной системы.

Процессы осуществляются на специальных установках (очистных комплексах), собранных, как правило, по модульному принципу.

Установки по очистке загрязненных почв позволяют производить очистку при любой загрязненности до 1,5--2,0 % остаточного нефтепродукта.

Для очистки загрязненных почв от нефтепродуктов методом экстракции разработаны экологически чистые и относительно дешевые моющие средства (МС). Примером МС является чистый полимер -- модифицированный «Унифлок». Применение в составе МС водорастворимого нетоксичного полимера способствует восстановлению азотного равновесия в почве.

Метод экстракции позволяет достичь высокой степени очистки. Однако, очистные комплексы, как правило, являются эффективными для очистки нефтешламов. Для очистки нефтезагрязненных почв рентабельность этого метода снижается.

Разновидностью экстракционного метода является дренирование почвы ее промывка на месте с помощью дренажных систем.

Химический метод снижения концентрации нефтепродукта в сточных водах до остаточного уровня загрязнения

К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Все эти методы связаны с расходом различных реагентов, поэтому дороги. Их применяют для удаления растворимых веществ и в замкнутых системах водоснабжения. Химическую очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод.

Нейтрализация. Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН = 6,5 - 8,5.

Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, адсорбцией кислых газов щелочными водами или адсорбцией аммиака кислыми водами. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации сточных вод, от режима их поступления, наличия и стоимости реагентов. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки, количество которых зависит от концентрации и состава сточных вод, а также от вида и расхода используемых реагентов.

Нейтрализация смешением. Этот метод применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости с мешалкой и без мешалки. В последнем случае перемешивание ведут воздухом при его скорости в линии подачи 20 - 40 м/с.

При переменной концентрации сточных вод в схеме предусматривают установку усреднителя или обеспечивают автоматическое регулирование подачи в камеру смешения. Расчет соотношения сточных вод, направляемых в камеру смешения, проводят по стехиометрическим уравнениям.

При избытке кислых или щелочных сточных вод добавляют соответствующие реагенты. Нейтрализованную воду используют в производстве, а осадок обезвоживают на шламовых площадках или вакуум-фильтрах.

Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы: NaOH, КОН, Na2CO3, NH4OH (аммиачная вода), СаСО3, MgCO3, (СаСОз-MgCO2), цемент. Однако наиболее дешевым реагентом является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Са(ОН)2 5--10%. Соду и гидроксид натрия следует использовать, если они являются отходами производства. Иногда для нейтрализации применяют различные отходы производства. Например, шлаки сталеплавильного, феррохромового и доменного производств используют для нейтрализации вод, содержащих серную кислоту.

Окисление и восстановление. Для очистки сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др.

В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды. Очистка окислителями связана с большим расходом реагентов, поэтому ее применяют только в тех случаях, когда вещества, загрязняющие сточные воды, нецелесообразно, или нельзя извлечь другими способами. Например, очистка от цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.

Активность вещества как окислителя определяется величиной окислительного потенциала. Из всех известных в природе окислителей первое место занимает фтор, который, однако, из-за высокой агрессивности не может быть использован на практике. Для других веществ величина окислительного потенциала равна: для озона - 2,07; для хлора - 0,94; для пероксида. водорода - 0,68; для перманганата калия - 0,59.

Окисление хлором. Хлор и вещества, содержащие «активный» хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая [оксохлорат водорода] и соляная (хлороводородная) кислоты:

В присутствии аммонийных соединений в воде образуется хлорноватистая кислота, хлорамин NH2C1 и дихлорамин NHC12. Хлор в виде хлорамина называется связанным «активным» хлором.

Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. Хлорирование проводится в емкости, включенной в систему циркуляции. В инжекторе газообразный хлор захватывается сточной водой, циркулирующей в системе до тех пор, пока не: будет достигнута заданная степень окисления, после чего вода выводится для использования.

При обезвреживании вод от цианидов процесс проводят в щелочной среде (рН = 9). Цианиды можно окислить до элементного азота и. диоксида углерода

Источниками «активного» хлора могут быть также хлорат кальция, гипохлориты, хлораты, диоксид хлора. Хлорат кальция (хлорную известь) получают при взаимодействии:

Са(ОН)2+С12 = СаОС12+Н2О

Товарный хлорат кальция содержит до 33% «активного» хлора, а гипохлорит кальция -- до 60%.

Окисление пероксидом водорода. Пероксид водорода является бесцветной жидкостью, в любых соотношениях смешивается с водой. Она может быть использована для окисления нитритов, альдегидов, фенолов, цианидов, серосодержащих отходов, активных красителей. Промышленность выпускает 85 -- 95%-ный пероксид водорода и пергидроль, содержащий 30% Н2О2. Пероксид водорода токсичен. ПДК в воде составляет 0,1 мг/л.

В кислой среде более отчетливо выражена окислительная, функция, а в щелочной -- восстановительная.

В кислой среде пероксид водорода переводит соли двухвалентного железа в соли трехвалентного, азотистую кислоту -- в азотную, сульфиды -- в сульфаты. Цианиды в цианаты окисляются в щелочной среде (рН = 9 - 12).

В разбавленных растворах процесс окисления органических веществ протекает медленно, поэтому используют катализаторы -- ионы металлов переменной валентности (Fe2+, Cu2+,. Mn2+, Co2+, Cr2+, Ag+). Например, процесс окисления пероксидом водорода с солью железа протекает весьма эффективно при: рН=3-4,5. Продуктами окисления являются муконовая и малеиновая кислоты.

Разрушение цианидов под действием пероксосерных кислот протекает также очень быстро. При этом в случае небольших концентраций цианидов (0,01--0,05%) в сточной воде используют H2SO3, а при высоких концентрациях -- H2S2O3- Оптимальным условиям соответствует рН = 9. В нейтральной среде реакция окисления резко замедляется под действием ионов железа, которые образуют ферроцианы, не подвергающиеся окислению. Окисление, кислородом воздуха.

Кислород воздуха используют при очистке воды от железа для окисления соединений двухвалентного железа в трехвалентное с последующим отделением от воды гидроксида железа.

Окисление проводят при аэрировании воздуха через сточную воду в башнях с хордовой насадкой. Образующийся гидроксид железа отстаивают в контактном резервуаре, а затем отфильтровывают. Возможен процесс упрощенной аэрации. В этом случае над поверхностью фильтра разбрызгивают воду, которая в виде капель падает на поверхность фильтрующей загрузки. При контакте капель воды с воздухом происходит окисление железа.

Кислородом воздуха окисляют также сульфидные стоки целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Процесс окисления гидросульфидной и сульфидной серы протекает через ряд стадий при изменении валентности серы с -2 до +6:

При этом при окислении гидросульфида и сульфида до тиосульфата рН раствора повышается, при окислении гидросульфида до сульфида и сульфата рН раствора понижается, а при окислении сульфида до сульфита и сульфата активная реакция среды не изменяется.

С повышением температуры и давления скорость реакции и глубина окисления сульфидов и гидросульфидов увеличивается. Теоретически на окисление 1г сульфидной серы расходуется 1г кислорода.

Процесс проводят фильтрацией сточной воды через этот материал или в аппаратах с мешалкой. Пиролюзит является природным материалом, состоящим в основном из диоксида марганца. Его широко используют для окисления трехвалентного мышьяка в пятивалентный:

Повышение температуры способствует увеличению степени окисления. Оптимальный режим окисления следующий: расход МnО2 -- четырехкратный по сравнению со стехиометрическим, кислотность воды 30--40 г/л, температура воды 70--80 °С.

Удаление ионов тяжелых металлов. Во многих отраслях промышленности перерабатывают или применяют различные соединения ртути, хрома, кадмия, цинка, свинца, меди, никеля, мышьяка и другие вещества, что ведет к загрязнению ими сточных вод.

Для удаления этих веществ из сточных вод в настоящее время наиболее распространены реагентные методы очистки,. сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недостатком реагентных методов очистки является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками.

В качестве реагентов для удаления из сточных вод ионов тяжелых металлов используют гидроксиды кальция и натрия,. карбонат натрия, сульфиды натрия, различные отходы, например феррохромовый шлак, который содержит (в %): СаО - 51,3; MgO - 9,2; SiO2 - 27,4; Cr2O3 - 4,13; А12О3 - 7,2; FeO - 0,73. Наиболее широко используется гидроксид кальция.

Осаждение металлов происходит в виде гидроксидов. Процесс проводится при различных значениях рН.

Значения рН, соответствующие началу осаждения гидроксидов различных металлов и полному осаждению,. зависят от природы металлов, концентрации их в растворе, температуры, содержания примесей. Например, при совместном осаждении двух или нескольких ионов металлов при рН = const достигаются лучшие результаты, чем при осаждении каждого из металлов в отдельности. При этом образуются смешанные кристаллы и происходит адсорбция на поверхности твердой фазы ионов металлов, благодаря чему достигается более полная очистка от некоторых металлов.

химический обезвреживание нефтепродукт почва



Список используемых источников

· Экология. Военная экология: Учебник для высших учебных Э15 заведений Министерства обороны Российской Федерации / Под общ. ред. В. И. Исакова -- Изд. 2, перераб. и доп. -- М.--Смоленск: ИД Камертон -- Маджента, 2006. --724 с. ISBN 5-98156-063-0 (с 4,6,8)

· Методы рекультивации нефтезагрязнения

А. А. Горохова. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск, Россия 2008 г. (с 20)

· Охрана окружающей среды и рациональное природопользование: справочник / авт.-сост.: М.Г. Мелкозеров, С.И. Васильев, В.М. Ватутина и др.; ред. В.М. Мелкозеров. - Красноярск: Сибирский федеральный ун-т; Политехнический ин-т, 2007. - 198 с. (введение)

· Демина Л.А. Как отмыть "Черное золото": О ликвидации нефтяных загрязнений // Энергия. - 2000. - N10. - С. 51-54.

· Терещенко Н.Н., Лушников С.В., Пышьева Е.В. Рекультивация нефтезагрязненных почв. Экология и промышленность России. Октябрь 2002. С. 17-20

Размещено на Allbest.ur