Введение к работе
Актуальность темы работы. Экономика Мьянмы находится в
стадии развития. В стране построены 10 электростанций общей
установленной мощностью 715 МВт. Основными топливно-
энергетическими ресурсами страны Мьянмы являются уголь, нефть, газ, гидроэнергия и биомасса. При существенном преобладании аграрного сектора интенсивное развитие промышленности и энергетики приводит к увеличению количества сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, что может нанести урон как сельскому хозяйству, так и окружающей среде в целом. Очистка вод такого типа включает в себя использование методов отстаивания, флотации, сорбции.
В России вопросам очистки сточных вод ТЭС посвящены работы известных российских ученых: Покровского В.Н., Шищенко В.В., Седлова А.С, Климова Е.С., Ксенофонтова Б.С., Николаевой Л.А., Лаптева А.Г., Сергеевой Е.С., Веприковой Е.В., Терещенко Е.А. и др.
Несмотря на большое количество работ, в настоящее время отсутствуют данные по степени очистки нефтесодержащих вод ТЭС от 10 мг/л до предельно допустимых показателей для сбросов в природные водоемы на сорбентах-отходах сельскохозяйственного производства Мьянмы, что позволяет наряду с защитой окружающей среды от сброса нефтепродуктов произвести утилизацию отходов аграрного производства.
Для решения проблемы очистки вод от нефтепродуктов от 10 мг/л до минимальной концентрации 0,1 - 0,05 мг/л необходимо проведение исследований свойств местных и новых сорбционных материалов, в том числе наиболее дешевых отходов сельскохозяйственного производства.
В связи с выше изложенным проблема очистки сточных вод от
нефтепродуктов является актуальной и требует более детального
изучения.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось исследование свойств новых сорбентов и материалов для очистки нефтесодержащих сточных вод применительно к ТЭС в условиям Мьянмы и разработка технологий такой очистки. Поставленная цель достигается решением следующих задач:
-
Исследование современного рынка сорбентов для очистки вод от нефтепродуктов, поиск новых наиболее дешевых материалов, которые можно применять для очистки нефтесодержащих вод на ТЭС применительно к условиям развивающейся страны Мьянмы.
-
Экспериментальное исследование параметров сорбции фильтрующих материалов – отходов сельскохозяйственного производства Мьянмы для очистки вод ТЭС от нефтепродуктов в динамических условиях при концентрации нефтепродуктов 10 мг/л и концентрации 80 мг/л.
3. Определение свойств материалов нового поколения АПТ-1,
АПТ-8 для использования в схемах очистки сточных вод ТЭС от нефтепродуктов. Усовершенствование технологии сорбционной очистки воды за счет организации оптимальной загрузки фильтрующих материалов.
Полученные результаты могут быть использованы при
проектировании новых и реконструкции действующих сооружений по очистке вод от нефтепродуктов.
Научная новизна работы:
1. Разработана и реализована методика комплексного исследования
сорбционных свойств традиционных (БАУ), новых (АПТ-1, АПТ-8) и
природных органических сорбентов (кокосовое волокно и др.) для
теплоэнергетики Мьянмы, включая лабораторные исследования
параметров сорбции на фильтровальных колонках, характера поверхности
на цифровом 3D микроскопе, эффективности сорбции нефтепродуктов на
стационарной и мобильной установках.
2. Определены важные физико-химические характеристики
перспективных сорбентов для условий ТЭС Мьянмы, такие как изотермы
адсорбции, параметры кинетического уравнения Фрейндлиха, удельная
поверхность сорбентов при очистке сточных вод от нефтепродуктов.
3. Впервые определены динамическая обменная емкость и степень
очистки воды с исходной концентрацией нефтепродуктов 10 мг/л для:
– сорбентов – отходов сельскохозяйственного производства Мьянмы;
– материалов нового поколения АПТ-1, АПТ-8; – сорбентов, загруженных в фильтр в 2 слоя.
Теоретическая значимость работы
– определен механизм сорбции нефтепродуктов на сорбентах
КВ, АПТ-1. Построенные изотермы сорбции нефтепродуктов принадлежат для КВ к изотермам III-типа по классификации БЭТ. Изотермы адсорбции на АПТ-1 относятся к изотермам I типа, что может служить исходными данными для проектирования систем очистки стоков ТЭС;
– проведен расчет констант уравнения Фрейндлиха для сорбентов КВ и АПТ-1; по полученым изотермам сорбции нефтепродуктов определена удельная площадь поверхности сорбентов КВ, АПТ-1, что обеспечивает повышение эффективности выбора сорбентов, при этом установлено, что активность сорбентов относительно дизельного топлива практически одинаковая;
–определены динамические обменные емкости исследованных
сорбционных материалов и степени очистки на них вод при
концентрациях нефтепродуктов 10 мг/л, что дает основание для расчета технологических характеристик промышленных аппаратов.
Практическая значимость работы
Выполнен анализ свойств сорбционных материалов для очистки замасленных и замазученных сточных вод в промышленности с целью применения их на теплоэнергетических объектах развивающейся страны Мьянмы. Выбраны природные материалы на растительной и минеральной основе (кокосовое волокно, рисовая шелуха, шелуха пшеницы) и сорбенты нового поколения АПТ-1, АПТ-8.
Получены результаты испытания сорбентов сельскохозяйственного производства Мьянмы: кокосовое волокно, рисовая шелуха, шелуха пшеницы и сорбентов нового поколения АПТ-1, АПТ-8 по очистке сточных вод от нефтепродуктов с концентрацией 10 мг/л, которые могут быть использованы инжиниринговыми и проектными организациями при внедрении новых очистных установок.
Проведено сравнение свойств исследованных сорбентов,
установлено, что лучшими сорбционными свойствами обладает кокосовое волокно – КВ.
Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре ТОТ НИУ «МЭИ».
Методология и методы исследования
При проведении исследования использовали сорбционный и коалесцентный методы удаления нефтепродуктов, флуориметрический метод определения концентрации нефтепродуктов на приборе Флюорат-02.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Методика комплексного исследования сорбционных свойств
новых и перспективных органических сорбентов для ТЭС Мьянмы
-
Результаты экспериментального исследования сорбционных свойств наиболее дешевых материалов-отходов сельскохозяйственного производства Мьянмы с целью их использования для очистки вод от нефтепродуктов с концентрацией 10 мг/л на ТЭС.
-
Результаты экспериментального исследования сорбционных свойств материала нового поколения АПТ-1 с целью его использования для очистки вод от нефтепродуктов с концентрацией 10 мг/л на ТЭС.
4. Результаты экспериментального исследования сорбента АПТ-8 в
аппарате АПТ для очистки вод от нефтепродуктов на ТЭС.
Достоверность результатов обеспечивается:
– применением положений теории сорбции в химии, теории фильтрования в слое зернистой загрузки;
– взаимосвязью между выходными кривыми фильтрования, удельной площадью поверхности сорбции, фотографиями макропор сорбентов;
– удовлетворительным совпадением результатов эксперимента, использованием рекомендаций действующей нормативной документации;
– сопоставлением отдельных полученных результатов с
результатами других авторов, опубликованными в литературе и относящимися к исследуемым системам.
Личный вклад автора заключается в:
выполнении теоретических и экспериментальных исследований,
изложенных в диссертационной работе, включая постановку целей и задач исследования, выборе методик экспериментов, непосредственном участии в их проведении, анализе и обобщении экспериментальных результатов, формулировании обоснованных выводов, при составлении материалов публикаций и докладов.
Апробация результатов
Материалы диссертационного исследования обсуждались и
докладывались на XVIII Международной научно-технической
конференции «Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии» («Бернардосовские чтения») в 2015 г, ИГЭУ; XXII и XXIII Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в 2016 г., 2017 г., Москва, ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»; Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» в 2017 г., Москва, НИУ «МЭИ»; Международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Экология энергетики–2017», Москва, НИУ «МЭИ»; на научных семинарах подразделения «Технология воды и топлива на ТЭС и АЭС» и заседании кафедры теоретических основ теплотехники им. М.П. Вукаловича.
Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе в двух изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, 1 в трудах Международной конференции, входящих в базу цитирования Scopus, 5 в сборниках тезисов международных конференций.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 106 наименований, и содержит 134 страниц машинописного текста, 67 рисунков, 23 формулы и 24 таблицы.