Методы очистки окружающей среды от фенола

Методы очистки окружающей среды от фенола

Методы очистки окружающей среды от фенола

Содержание
Введение……………………………………………………………………………………………. 2
1. Традиционные средства очистки……………………………………………………. 3
Сорбирующий материал для очистки от нефтепродуктов…………………… 3
Превентивные средства…………………………………………………………………….. 3
Мешки фильтровальные для обезвоживания осадков…………………………. 4
Боны сорбционно-заградительные……………………………………………………. 5
2. Новые технологии…………………………………………………………………………. 5
Использование новых полимеров……………………………………………………… 5
Однофазовая очистка сточных вод……………………………………………………. 9
Микроорганизмы для разложения фенола……………………………………….. 10
Загрузка для систем биологической очистки сточных вод…………………. 11
Электроимпульсные технологии……………………………………………………… 12
Список источников……………………………………………………………………………. 16

Введение
В 1999 году по сравнению с 1998 годом произошло уменьшение сточных вод по категориям загрязненных и нормативно-чистых без очистки, тем не менее ситуация здесь сохраняется напряженной.

Сброшено сточных вод
1998 год млн. м3/год
1999 год млн.м3/год
Разница Млн.м3/год

ВСЕГО
524.507
492.777
-31.73

В том числе

Загрязненных без очистки
371.064
348.129
-22.935

Недостаточно-очищенных
100.627
94.904
-5.723

Нормативно- чистых без очистки
42.625
34.891
-7.734

Нормативно-очищенных на очистных сооружениях биологической очистки
10.134
15.467
+ 5.333

Антропогенные нагрузки на окружающую среду связаны с промышленной и хозяйственной деятельностью человека. Так, содержание фенолов в прибрежных водах (Приморский край) в среднем превышает ПДК в 4-5 раз( 0.004-0.005 мг/л), максимальные значения достигают 0.01- 0.028 мг/л.
В этой связи представляется важным рассмотреть основные методы очистки сточных вод и газовой фазы от фенолов. Именно этой задаче и посвящена данная работа. Для этого использовались в основном данные последних двух-трех лет, представленные во всемирной компьютерной сети интернет.

1. Традиционные средства очистки
Сорбирующий материал для очистки от нефтепродуктов
Предназначен для сбора и удаления нефтепродуктов и фенолов с различных поверхностей и из технологических и ливневых сточных вод.
Использование сорбента как для очистки воды от нефтепродуктов на установке “Кристалл”, так и для ликвидации аварийных разливов с поверхности почвы и воды показало его высокую эффективность по отношению к нефти, дизельному и печному топливам, отработанным маслам, бензину, керосину.
Сорбент применяется в качестве фильтрующей загрузки при очистке технологических сточных вод, ливневых вод, при плановых и аварийных очистках поверхности почвы и воды, загрязнённой нефтью и нефтепродуктами.
Превентивные средства
Превентивные средства изготавливаются из нетканого материала на основе полипропиленовых волокон различных толщин.
Применяемые волокна характеризуются высокой химической стойкостью, низким удельным весом, отсутствием гигроскопичности, хорошим сродством и большой поглощающей способностью по отношению к нефтепродуктам и фенолам. Волокна разрешены к использованию на территории Российской Федерации в качестве сырья для легкой промышленности.
Превентивные средства из полипропиленовых нетканых материалов могут использоваться на различных транспортных предприятиях, в том числе на судовых, авиа- и автотранспортных хозяйствах, а также на других предприятиях, хозяйственная деятельность которых связана с использованием нефте- и маслосо-держащих веществ.
Совместно с Бюро экологических проблем Тибет» при МЧС разработана технология ликвидации последствий загрязнения окружающей среды в районах, труднодоступных для других средств очистки. Премущество технологии в её гибкости комплектация сорбирующими изделиями и технологические стадии процесса очистки подбираются в зависимости от природных условий и вида загрязнения. Технология включает следующие этапы
· локализация разливов ограничителями (бонами) из нетканого сорбирующего материала;
· сбор нефтепродуктов сорбирующими матами;
· регенерация матов. Осуществляется путём отжима матов с сорбированным веществом. Многократный отжим до 10 раз производится на специально разработанном отжимном устройстве.Установка мобильная, легко транспортируется и собирается на месте проведения реабилитационных работ.;
· утилизация отработанных матов и бонов. Осуществляется непосредственно на месте проведения работ методом высокотемпературного разложения в специальных термических печах. Установка для сжигания мобильная, легко транспортируется.;
рекультивация загрязнённой территории биотекстильным нетканым полотном. Осуществляется биологически — путём укрытия грунта специально разработанным материалом.

Мешки фильтровальные для обезвоживания осадков
При обезвоживании осадков сточных вод с помощью фильтровальных мешков исключается применение специальных реагентов и достигаются низкие эксплуатационные расходы. Фильтровальные мешки легко изготавливаются и просты в эксплуатации, их применение не требует высококвалифицированного обслуживания, ремонта и использования сложного вспомогательного оборудования.
Боны сорбционно-заградительные
Предназначены для защиты окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами в качестве бонов быстрого развертывания в аварийных ситуациях и контрольных заграждающих бонов для постоянного или аварийного использования в водоемах и водотоках.
Использование бонов позволяет ограничить пятно нефтепродукта, сконцентрировать и подвести его к нефтесорбирующим устройствам, а также защитить береговую линию от загрязнения. При этом боны не только задерживают и концентрируют нефтяную пленку, но и сорбируют ее при незначительных скоростях течения и ветра.
Боны обладают необходимой положительной плавучестью даже в состоянии полного насыщения нефтепродуктами при хорошей скорости сорбции и средней емкости бона порядка 3-4 кг нефтепродукта на 1 погонный метр бона.
Сорбционно-заградительные боны представляют собой многослойные конструкции, состоящие из нетканого сорбента, элемента, обеспечивающего конструкции плавучесть, и сетки, придающей конструкции необходимую форму. Исходя из конкретных нужд, можно легко компоновать из стандартных пятиметровых боновых секций блоки необходимой длины и конфигурации, их можно сгибать, скручивать, боны удобны для транспортировки.
2. Новые технологии
Использование новых полимеров
К основным загрязнителям сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) относятся растворенные органические вещества, волокна, каолин. Органические загрязнения ЦБП обусловлены поступлением в сточные воды в основном разбавленных щелоков, а также продуктов деструкции целлюлозы при ее отбелке и облагораживании. Органические вещества представлены оксикислотами, лактонами, фенолами, смоляными и жирными кислотами, лигнином 1.
В любом мембранном процессе смесь жидкостей вводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны. Вследствие особых свойств полупроницаемых мембран прошедшая через них смесь обогащается одним из компонентов. В ряде случаев процесс проходит настолько полно, что целевой продукт практически не содержит примесей другого компонента. В качестве мембран применяют различные материалы полимерные пленки, пористое стекло, металлическую фольгу, ионообменные материалы и др. Основные характеристики – селективность и проницаемость, зависят от материала и физико-химической структуры мембраны, концентрации исходной смеси и ее температуры, давления и гидродинамической обстановки в системе и других факторов.
Использование полупроницаемых мембран может дать значительный экономический эффект в традиционных производствах и открывает широкие перспективы для создания принципиально новых, экологически чистых и малоэнергоемких технологических схем очистки сточных вод, а также позволяет использовать вторичные сырьевые ресурсы и отходы. Интенсивно развивается сегодня метод диффузионного испарения через мембрану (первапорация), так как его потенциальные возможности, по сравнению с другими мембранными методами, гораздо шире, особенно для решения важнейшей проблемы современности – защиты окружающей среды от загрязнений.
Ацетаты целлюлозы являются недорогим продуктом, технологические процессы получения которого освоены во многих странах. Изменяя степень замещения эфира, можно в широких пределах варьировать гидрофильность полимера. Такие мембраны используют для обезвоживания или осушки органических растворителей. Эта область первапорации наиболее изучена, действуют промышленные установки по обезвоживанию этанола.
Другая область первапорации – извлечение следовых количеств органических веществ из воды, в связи с остротой природоохранных проблем в мире, развивается сейчас особенно интенсивно. Для решения этой задачи необходимы мембраны другого типа – гидрофобные, так как очевидно, что гораздо экономичнее испарять через мембрану тот компонент, которого меньше. Учеными исследовано несколько полимерных мембран, например, из полиуретана, полиэфир-блок-амида, полисилоксана, полисилана, полиэтилена. Однако результатов, позволяющих довести процесс до промышленного применения, до сих пор не получено.
Одним из распространенных органических загрязнителей в сточных водах многих производств, в том числе и целлюлозно-бумажного, является фенол. При попадании в водоемы из фенола возможно образование его хлорпроизводных, в том числе диоксинов. Самым эффективным способом предотвращения попадания фенола в природные объекты является создание локальных очистных сооружений. Традиционные методы извлечения фенолов из воды – эвапорация, экстракция, адсорбция, как правило, энергоемки и не обладают высокой эффективностью. Поэтому представляется целесообразным использование диффузионного испарения через мембрану для выделения фенола из промышленных стоков. Этот метод позволяет не только очищать воду, но и утилизировать извлекаемый фенол.
Чтобы решить задачу выделения фенола из сточных вод, отечественными учеными были исследованы пленки из политриметилсилилпропина (ПТМСП), изготовленные в Институте нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН. Этот стеклообразный полимер зарекомендовал себя как многообещающий высокопроницаемый материал при газоразделении.
Количественный теоретический анализ первапорационного массопереноса является весьма трудной задачей ввиду существенного и нелинейного градиента большого числа параметров вдоль толщины мембраны. Механизм транспорта низкомолекулярных веществ через непористые полимерные мембраны в процессах первапорации тот же, что и в газоразделении, и состоит из следующих стадий сорбция молекулы проникающего вещества с одной стороны мембраны, диффузия в массе мембраны и десорбция с другой стороны мембраны. Это так называемый сорбционно-диффузионный механизм.
Ввиду значительного термодинамического сродства материала мембраны к компонентам жидкой разделяемой смеси первапорация характеризуется анизотропным набуханием полимера мембраны, степень которого варьируется от равновесного состояния со стороны жидкой питающей среды до практически сухого полимера со стороны паровой фазы. Концентрация данного компонента с входной стороны мембраны (со стороны питающего потока) определяется величиной его равновесной сорбции из жидкой фазы и практически совпадает с соответствующей концентрацией, наблюдаемой в условиях равновесной сорбции этим полимерным материалом компонентов жидкой смеси того же состава, что и питающая смесь. При этом концентрация любого компонента с выходной стороны мембраны близка к нулю, так как определяется величиной равновесной сорбции из паровой фазы, а по условиям проведения разделительного процесса испарением через мембрану парциальное давление паров пермеата должно поддерживаться на достаточно низком уровне. Транспорт разделяемых компонентов i и j бинарной смеси через такой неравномерно набухший разделительный слой мембраны определяется величинами локальных коэффициентов диффузии (Di и Dj) и соответствующими профилями концентраций.
Таким образом, в отличие от большинства газоразделительных процессов, в которых также используются непористые мембраны, трансмембранный перенос в случае первапорации характеризуется следующими признаками
· сильное сродство компонентов разделяемой жидкой смеси к полимерному материалу мембраны;
· анизотропное набухание разделительного слоя мембраны;
· существенно нелинейный профиль концентрации вдоль толщины мембраны;
· значительная концентрационная зависимость локальных коэффициентов диффузии компонентов жидкой смеси в мембране.
Представляет большой интерес определение транспортного механизма массопереноса для полимерной пленки из политриметилсилилпропина и изучение ее возможностей для решения технологических природоохранных задач по первапорационному извлечению фенола и других органических веществ из производственных сточных вод. Это возможно только путем экспериментального изучения сорбционной способности пленки и ее массообменных характеристик в процессе первапорации в зависимости от параметров проведения процесса.
Однофазовая очистка сточных вод
В известных технологиях глубокой биологической очистки сточных вод от азота и фенолов предусматривается двухфазовость этого процесса, заключающаяся в обязательном пропускании всего объема сточных вод через аэробную и анаэробную зону очистки. Нами установлено, что двухфазовость приводит к потере 30 -50 % окислительной мощности биологических очистных сооружений по аммиачному азоту. В результате проведенных исследований, опытно-промышленных испытаний и внедрения технологии нитри-денитрификации сточных вод в технологии коксохимического производства была показана возможность однофазового ведения данного процесса в аэробных (кислородных) условиях. При этом достигается очистка от фенолов, роданидов, нафталина, пиридина и т.п., не менее чем на 99-100 %, а также от аммиачного азота с исходного содержания 250-1000 мг/л до 10-50 мг/л и от азота нитритов и нитратов, образующихся в процессе очистки до 5 — 30 мг/л. Основное достоинство технологии — это простота и возможность ее реализации без расширения большинства существующих биохимических установок коксохимических предприятий с незначительными затратами на ее реконструкцию. Расход щелочного реагента (кальцинированной соды) составляет 4 кг на 1 кг азота связанного аммиака, содержащегося в сточной воде (на летучий аммиак сода не требуется). Tехнология успешно внедрена на КХП ОАО «Северсталь» и в настоящее время внедряется на ОАО «Кокс» (г. Москва).
Микроорганизмы для разложения фенола
Институт биологии УНЦ РАН представляет Коллекцию микроорганизмов-деструкторов для разложения фенола и его хлорированных производных. Коллекция применима для конверсии загрязнителей в водной среде и почве.
Соединения, содержащие в своем составе галогены — одна из крупнейших групп загрязнителей природной среды. Представители этой группы попадают в окружающую среду прямо или косвенно, т.к. входят в состав медицинских препаратов, гербицидов, растворителей, лаков, красителей, огнетушителей. Известно, что галогензамещенные соединения склонны к накоплению и постепенному распространению по пищевым цепям. Поэтому необратимые изменения биологических систем в зонах, подвергнутых их воздействию, происходят медленно. Можно сказать, что присутствие галогенорганических соединений в окружающей среде создает эффект мины замедленного действия.
Основной метод борьбы с загрязнением галогенсодержащими органическими соединениями в настоящее время – сжигание остатков, накапливаемых в результате производственных процессов, а также обжигание или обработка растворителями загрязненных почв. Этот метод достаточно дорог обжигание 1т почвы стоит примерно около 2000 канадских долларов. Кроме этого, используемые методы имеют существенные недостатки. Оба метода не исключают вторичное загрязнение окружающей среды продуктами неполного сжигания отходов (диоксинами). Применение указанных методов не может решить проблему конверсии больших объемов загрязнений.
Более перспективным представляется использование биологических технологий. Скорость и эффективность процессов конверсии опасных веществ в данном случае будет определяться свойствами и активностью микроорганизмов-деструкторов. По оценкам специалистов микробиологический способ примерно в 50 раз дешевле стандартных методов. Использование микроорганизмов позволяет решить проблему вторичных загрязнений, т.к. разрушение ксенобиотиков можно провести без накопления вредных или токсичных веществ. Кроме этого, с использованием специальных штаммов возможно осуществить обезвреживание значительных объемов загрязнителей.
Институт биологии УНЦ РАН предлагает специальную Коллекцию микроорганизмов-деструкторов для разложения фенола и его хлорированных производных.
Загрузка для систем биологической очистки сточных вод
В НПО Техэкопром разработан новый загрузочный материал для систем биологической очистки сточных вод, представляющий собой набор элементов из полиэтиленовых решетчатых призм ПР-50 (призма решетчатая высотой 50 мм), изготовленных из полиэтилена методом экструзии. Конструкция и материал призмы наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к загрузочным элементам, используемым в качестве среды обитания иммобилизованных микроорганизмов.
Использование иммобилизованных микроорганизмов дает возможность повысить дозу ила в аэрационном сооружении, что ведет к увеличению их окислительной мощности и создает благоприятные условия для развития и удержания специфических медленнорастущих штаммов микроорганизмов, обладающих способностью к деструкции различных трудноокисляемых загрязнений. Конструкция призмы ПР-50 в загрузке сочетает в себе большую удельную поверхность с требуемой пористостью. Это позволяет отказаться от необходимости периодической принудительной промывки загрузочного материала, что максимально упрощает режим эксплуатации очистных сооружений.
Применение призмы ПР-50 позволяет
• в 1,5 … 2,5 раза увеличить окислительную мощность очистных сооружений;
• на 25 … 40% уменьшить иловый индекс и соответственно сократить площадь вторичных отстойников.
Сооружения, оборудованные загрузочным материалом ПР-50, могут работать как по схеме полной биологической очистки, так и по схеме нитриденитрификации, что дает возможность осуществлять удаление как органических загрязнений, так и соединений азота.
Наиболее перспективным является применение очистных сооружений, оборудованных призмами ПР-50 в случае
• очистки сточных вод от небольших объектов, характеризующихся высоким коэффициентом неравномерности;
• очистки сточных вод, содержащих различные виды специфических загрязнений (нефтепродукты, СПАВ, фенолы и т.п.), удаление которых на традиционных сооружениях затруднено;
• очистки слабоконцентрированных сточных вод биологическим методом;
• параллельной очистки сточных вод от органических загрязнений и соединений азота.
Призма выполнена в виде самонесущей конструкции. Такая конструкция максимально упрощает монтаж элементов загрузки в аэрационном сооружении и позволяет располагать загрузочный материал в соответствии с требованиями технологического регламента очистных сооружений. Кроме того, как показывает практика, применение данного вида загрузочного материала позволяет решить проблему модернизации действующих сооружений биологической очистки без увеличения объема зоны аэрации.
Разработка защищена патентами РФ № 204493 и № 2096068.
Электроимпульсные технологии
Электроимпульсные (ЭИ) технологии основаны на использовании комплекса физических факторов, сопровождающих процесс быстрого преобразования электрической энергии в другие виды энергии путем импульсного электрического разряда (электровзрыва) в газообразных (в т.ч. в разреженных), жидких и конденсированных средах ударной волны (УВ), светового излучения, диссоциации и ионизации вещества, электромагнитного поля и др. Реализация ЭИ технологии осуществляется по схеме аккумуляция электрической энергии (например, в емкостном накопителе) — коммутация источника электроэнергии и нагрузки (инициирование ЭВ) — сброс электроэнергии в нагрузку. В ряде приложений ЭИ технология позволяет по сравнению с другими технологиями достичь качественно новых результатов.
В Центре Келдыша работы по внедрению ЭИ технологий проводятся по четырем направлениям Одно из них — Обеззараживание природной и сточной вод и др. жидкостей, очистка воды от веществ аммиачно-гидразинового ряда, фенолов, нефтепродуктов и др.
— Обработка и упрочнение материалов и нанесение покрытий;
— Моделирование импульсных механических и электрофизических нагрузок на пакеты материалов, образцы топлив и элементы конструкций РКТ при малых длительностях воздействия.
Исследовательским центром имени М.В.Келдыша предлагается принципиально новый, экологически чистый электроимпульсный метод (технология) обеззараживания жидкостей (патент РФ № 2058940). Патент отмечен Дипломом и золотой медалью на 46-й всемирной выставке по новшествам, исследованиям и новым технологиям, состоявшейся в Брюсселе, 1997 г.
Электроимпульсная технология (ЭИТ) основана на воздействии на обрабатываемую жидкость ударных волн, генерируемых импульсным электрическим разрядом и вызывающих дезинтеграцию и гибель микроорганизмов. Использование ее при обеззараживании воды состоит в следующем
— В объеме, занимаемом водой, формируется электрический разряд с помощью погруженных электродов специальной формы, питающихся от импульсного источника электроэнергии.
— Электрический разряд формирует ударную волну, которая распространяется в объеме воды. Кратковременность электрического импульса позволяет реализовать ударную волну, толщина фронта которой меньше размера микроорганизмов, в результате чего в объеме, занимаемом микроорганизмом, при прохождении ударной волны возникает мгновенный градиент давления, который приводит к механическому уничтожению его.
— Энергия в единичном импульсе и частота следования импульсов определяются бактериальным составом воды и для конкретного типа воды находится сначала расчетным путем (по имеющимся методикам и накопленным экспериментальным результатам), а затем уточняется экспериментально.
— Обеззараживание может быть проведено как в замкнутом объеме, так и в проточной воде.
Применение ЭИТ для обеззараживания воды позволяет обеспечить
— безреагентную дезинфекцию воды;
— уничтожение всех видов микроорганизмов, включая вирусы и споры;
— обработку воды независимо от количества взвешенных в ней твердых частиц и примесей;
— эффективную дезинфекцию в объеме радиусом до1 метра.
В настоящее время известны две безреагентные технологии обеззараживания воды, имеющие низкую энергоемкость ЭИТ и УФ технология. Однако, ЭИТ позволит обеспечить более высокую надежность при больших расходах (из-за существенно меньшего числа воздействующих элементов 1 пара электродов на ~ 105 м3/сутки против ~ 103 УФ-ламп), возможность обеззараживания непрозрачной (для УФ излучения) воды и меньшие эксплуатационные расходы.
Опыты с применением ЭИТ для обеззараживания воды, проведенные в Центре Келдыша, показали эффективность и техническую возможность использования ЭИТ для обеззараживания воды как альтернативной реагентным методам (хлорированию и др.). Об этом свидетельствуют высокая эффективность обеззараживающего действия, низкая удельная энергоемкость, экологическая чистота, которая обеспечивается безреагентным характером обеззараживания и возможностью при необходимости отделения обрабатываемого объема воды от зоны разряда проницаемой для ударных волн мембраной. В опытах с мембраной удалось достичь положительных результатов при стерилизации молока и подсырной сыворотки. Основываясь на полученных экспериментальных результатах потенциальными областями применения ЭИТ являются следующие
— дезинфекция сточной воды;
— дезинфекция питьевой воды;
— стерилизация молока и жидких молочных продуктов;
— стерилизация соков.
Преимущества ЭИТ состоят в следующем
— Высокая экологическая чистота при обеззараживании воды.
— Возможность использования при обработке непрозрачных жидкостей, в т.ч. соков, молока и т.п.
— Низкая удельная энергоемкость (в десятки раз ниже по сравнению с тепловыми методами стерилизации).
— Сохранение термически нестойких компонентов (витаминов и т.п.) за счет исключения из технологического процесса теплового нагрева.

Список источников
1. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л., 1977.
2. http //www.nexcom.ru/nka-vukhin/sabir.htm
3. http //www.bashinfo.ru/topic.asp?TID=32675
4. http //www.tecopro.ru/products_biozag.htm

«