Проблеми знешкодження стоків, забруднених органічними розчинниками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Львівський ДУ безпеки життєдіяльності

ПРОБЛЕМИ ЗНЕШКОДЖЕННЯ СТОКІВ, ЗАБРУДНЕНИХ ОРГАНІЧНИМИ РОЗЧИННИКАМИ

Нач. відділу ЗДН О.В. Стокалюк, канд. техн. наук

Розроблено комплекс заходів для забезпечення екологічної безпеки від забруднених органічними розчинниками стічних вод, який охоплює очищення стоків від моно- забруднень (адсорбцією на природних дисперсних сорбентах) та запобігання забрудненню їх сумішшю органічних розчинників шляхом виділення окремих органічних розчинників (промислова хроматографія). Експериментально досліджено адсорбцію гексану природними дисперсними сорбентами (бентонітом, глауконітом, палигорськітом), які описуються ізотермою Генрі, та встановлено значення констант Генрі. Зроблено експериментальну перевірку пропонованого хроматографічного процесу розділення 2- та 3-компонентної суміші органічних розчинників. екологічний безпека забруднений стічний

Ключові слова: органічні розчинники, адсорбція, природні дисперсні сорбенти, промислова хроматографія.

Постановка проблеми дослідження. Запас доступної прісної води на планеті на душу населення становить всього 5-6 тис. м³. Стік річок є невеликою часткою цього об'єму. У зв'язку з невпинним зростанням обсягів господарської діяльності людини, а отже - і споживання прісної води, зростають об'єми скидання забрудненої води, а дефіцит прісної води збільшується в прогресуючій залежності. За останні десятиліття на підприємствах країни побудовано велику кількість очисних споруд, проте часто використані технології морально застарілі та малоефективні. Здебільшого проводять грубе очищення, часто методом нейтралізації стічних вод, нерідко для очищення стічних вод використовують технології, за якими один вид забруднень перетворюється на інший, проте не усувається повністю. Все це вимагає перегляду стратегії роботи очисних споруд у ракурсі досягнення максимальної глибини очищення стоків. Повною мірою це стосується і стоків, забруднених органічними розчинниками, які є одними із найнебезпечніших забруднювачів гідросфери. Важливим є передбачити очищення стоків від одного органічного розчинника та попередити забруднення сумішшю розчинників, яка часто утворюється в процесі реалізації цілої низки хімічних технологій. У разі очищення стоків від одного органічного розчинника, як адсорбент раціонально використовувати природні дисперсні сорбенти, які, з одного боку є недорогим і доступним матеріалом, а з іншого - дають змогу досягнути високого ступеня очищення. Для попередження забруднення стоків сумішшю розчинників перспективним є використання промислової хроматографії (селективної сорбції), яка дає змогу досягти виділення окремих розчинників. У разі запровадження технологій, які дозволили б очищати стоки, забруднені одним органічним розчинником та попередити забруднення їх сумішшю розчинників, вдалося б значно збільшити запаси води, яку надалі може використовувати людина для забезпечення своєї життєдіяльності. Водночас, у цьому разі вдалося б врятувати навколишнє середовище від токсичної дії на нього органічних розчинників, яка є значною і небезпечною. Виходячи із цього, дослідження процесів адсорбційного очищення стічних вод від органічних розчинників є завданням важливим та актуальним.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Об'єм стічних вод, зокрема і тих, які містять шкідливі органічні речовини, зростає з року в рік. Для запобігання збільшенню об'єму забруднених вод у промисловості найбільш перспективним є створення безвідходних та безводних технологічних процесів, розроблення та поетапне впровадження замкнених систем водокористування [1]. У багатьох галузях як розчинник використовують гексан. Зокрема, гексановий розчинник широко використовують в олійно-екстракційній промисловості [2]. В Україні заводи олійно-екстракційної промисловості щомісяця закупляють близько 1 тис. т гексанового розчинника. У процесі реалізації технології отримання олії значна частина розчинника може потрапляти у стічні води. Широко застосовують у різних галузях промисловості також такі розчинники, як бензол, толуол, етилацетат, ізопропанол, циклопентанол.

Знизити концентрацію органічних речовин у стічних водах можливо локальним очищенням. Для локального очищення стічних вод використовують адсорбцію поглиначами, зворотний осмос, ультрафільтрацію, електродіаліз, іонний обмін [3]. У разі окиснення киснем повітря та озоном можна вилучити із стічних вод 99 % амінів і 75 % меркаптанів [4]. Смолисті речовини вилучаються із стоків фільтруванням через активоване вугілля чи кокс за температури 2550 ⁰С; рН=5 [5]. Із стічних вод легко адсорбуються активованим вугіллям акрилонітрил, анілін, бензин, хлорбензол, циклогексан, циклогексаном, меркаптан, нафталін, фенол [6]. Однак такі технології енерго- та метеріалозатратні, тому не набули широкого застосування.

Як правило, органічні речовини, які містяться у стічних водах, піддаються біологічному окисненню на локальних чи загальнозаводських спорудах. Але багато з них є стійкими до біологічного окислення, і в таких випадках часто застосовують термічні методи їх знезараження - спалювання [7], що також є затратним та створює додаткові загрози довкіллю.

Постановка завдання. Метою досліджень є забезпечення екологічної безпеки в умовах забруднення органічними розчинниками стічних вод шляхом реалізації комплексу заходів, який передбачає очищення стоків від монозабруднень (адсорбцією на природних дисперсних сорбентах) та запобігання забрудненню їх сумішшю органічних розчинників шляхом виділення і повернення в технологічний процес окремих органічних розчинників (промислова хроматографія).

Виклад основного матеріалу. Як випливає з аналізу останніх досліджень та публікацій, найчастіше наявний у стічних водах підприємств України гексан. Досить часто для виробництв він є монозабруднювачем. У такому разі ефективним є застосування адсорбційних технологій. Зокрема, перспективним є застосування як адсорбентів природних дисперсних сорбентів, що обґрунтовується низкою переваг, а саме:

1. Природні сорбенти значно поширені в Україні;

2. Природні сорбенти є доступним, недорогим матеріалом;

3. Адсорбційні технології з використанням природних дисперсних сорбентів забезпечують високий ступінь очищення;

4. Відпрацьований природний адсорбент не потребує регенерації.

Оскільки розчинники сорбуються на природних дисперсних сорбентах за механізмом фізичної сорбції, доцільно застосовувати природні дисперсні сорбенти з великими "вхідними вікнами" адсорбційного простору, здатними адсорбувати великі молекули розчинників, тому досліджували такі адсорбенти, як бентоніт, глауконіт та палигорськіт. Для досліджень застосовано штучно приготовлений розчин, для приготування якого використовували дистильовану воду та гексан реактивної чистоти. Початковий вміст гексану в воді становив для всіх експериментів 3 %. Усі досліди проведено за фіксованої температури 25 ⁰С, яка відповідала середньому рівню температур, за яких очищують стоки в натурних умовах. Швидкість мішалки для всіх експериментів становила 300 об./хв. Для досліджень у всіх випадках використовували 1 л забрудненого розчину та сорбент (бентоніт, глауконіт чи палигорськіт), кількість якого складала відповідно 5, 10 та 15 г. Кінетичну криву у разі застосування для очищення стоків палигорськіту наведено на рис. Аналогічні кінетичні криві отримано й для інших видів сорбентів.

Рис. Кінетика адсорбції гексану із стоків за умови різного вмісту палигорськіту