Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экстремальные воздействия в химическом материаловедении 8
1.1. Общие положения 8
1.2. Физико-химические основы высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического эффекта 12
1.3. Моделирование процессов в разрядном контуре установки электрогидравлического разряда 23
1.3.1. Подходы к описанию электрогидравлического эффекта 23
1.3.2. Численное интегрирование модельной системы уравнений в среде MatLab 6.0 28
Глава 2. Реактивы, методы физико-химического анализа, установки электрогидравлического воздействия 37
2.1. Реактивы 37
2.2. Методы физико-химического анализа 37
2.3. Установки электрогидравлического воздействия 38
2.4. Экспериментальные устройства (реакторы) установок электрогидравлического разряда 42
2.5. Математическая обработка результатов исследований 46
2.6. Выводы по главе 2 49
Глава 3. Электрогидравлическая обработка нефти 50
3.1. Общие положения 5 0
3.1.1. «Мягкий» режим электрогидравлического воздействия на нефть 56
3.1.2. «Жесткий» режим электрогидравлического воздействия на нефть 60
3.2. Электрогидравлическая обработка смесей нефти с мазутом 62
3.3. Электрогидравлическая обработка нефти и ее смесей с мазутом в условиях барботирования 68
3.4. Электрогидравлическая обработка нефти в присутствии катализатора 74
3.5. Водонефтяные эмульсии в условиях электрогидравлического воздействия 76
3.5.1. Получение стабильных во времени водонефтяных эмульсий 77
3.5.2. Электрогидравлическое воздействие на фракционный состав нефтеэмульсии 78
3.6. Влияние электрогидравлического воздействия на систему «нефть-сланец» 80
3.7. Выводы по главе 3 94
Глава 4. Изменения состава и физико-химических свойств органических веществ при электрогидравлическом воздействии 97
4.1. Глубокое разложение органических веществ при электрогидравлическом воздействии 97
4.1.1. Сажеобразование бензола 97
4.1.2. Сажеобразование других органических соединений 102
4.2. Поведение системы «фенол-вода» в условиях электрогидравлического воздействия 103
4.3. Влияние электрогидравлического эффекта на кинетику гидролиза сложных эфиров карбоновых кислот 111
4.4. Выводы по главе 4 115
Глава 5. Формирование катализаторов переработки нефти под воздействием электрогидравлического разряда 116
5.1. Общие положения 116
5.2. Электрогидравлическое дробление твердых неорганических веществ 117
5.2.1. Электрогидравлическое дробление стеклопорошков 117
5.2.2. Электрогидравлическое дробление оксидо(магнито)твердых сплавов 121
5.3. Распределение порошков в матрицах под воздействием электрогидравлического разряда 127
5.3.1. Распределение порошков в неорганических оксидных матрицах (цементах) 127
5.3.2. Синтез наноразмерных порошков оксидо(магнито)твердых сплавов и распределение их в полимерных матрицах 131
5.3. Выводы по главе 5 140
Основные выводы 142
Список использованной литературы 145
- Физико-химические основы высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического эффекта
- Установки электрогидравлического воздействия
- «Мягкий» режим электрогидравлического воздействия на нефть
- Сажеобразование других органических соединений
Введение к работе
В последние десятилетия в области естественных наук появилось принципиально новое направление научных работ, связанных с изучением воздействия на вещество радиации, электромагнитного излучения, ультразвука, плазмы, высоких давлений, температур и т.д.
Перечисленные выше действующие факторы часто характеризуют термином «экстремальные воздействия». Несмотря на различные механизмы передачи энергии молекулам и атомам вещества общим критерием экстремальности воздействия может служить возникновение промежуточных высокоактивных состояний частиц вещества, что в итоге приводит к качественному изменению микро- и макрохарактеристик обрабатываемого объекта, появлению новых свойств.
Одним из видов комплексного экстремального воздействия является эффект высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда (ВКЭГР), который сочетает в себе одновременное воздействие на вещество сильного механического сжатия, мощного ультразвука, жесткого рентгеновского, УФ- и ИК-излучения. Образующиеся в процессе разряда электромагнитные поля также оказывают сильное влияние как на сам разряд, так и на ионные процессы, протекающие в окружающей его жидкости. Под их воздействием происходят разнообразные физические изменения и химические реакции в обрабатываемом материале.
Открытие и использование высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда в технике относится к середине XIX века. Прошедший период невелик с позиций истории, но соответствует периоду больших достижений в науке, стремительного ускорения научно-технического прогресса. Таким образом, актуальность применения ВКЭГР в химическом материаловедении как экстремального процесса, изменяющего физико-химические свойства веществ, в том числе, нефти и нефтепродуктов, очевидна.
Роль нефти на современном этапе развития человечества остается исключительной. Нефть — это горючее для двигателей внутреннего сгорания (бензины, керосины, дизельное топливо и пр.), топливо для газовых турбин и котельных установок, смазочные и специальные масла, консистентные смазки, а
также незаменимое сырье для химической промышленности. Однако нефть является невозобновляемым источником сырья, ее запасы ограничены. Поэтому не менее актуальной проблемой является повышение глубины переработки нефти.
Исходя из сказанного, цель работы состояла в установлении закономерностей изменения физико-химических свойств нефти и нефтепродуктов при воздействии высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда для оптимизации процесса их переработки.
Для достижения поставленной цели в условиях высоковольтного электрогидравлического разряда необходимо решить следующие задачи:
- изучить изменение физико-химических свойств нефти (товарной и
отбензиненной) в индивидуальном состоянии, в смеси с мазутом, в условиях
барботажа воздухом, в присутствии катализатора и, как результат, увеличить
глубину ее переработки;
на примере природных и искусственных водонефтяных эмульсий изучить механизм электрогидравлического воздействия на их стабильность и возможность разделения на исходные компоненты;
в системе «нефть-сланцы» оценить эффективность использования нефти в качестве экстрагента органической части сланцев;
установить механизм изменения состава и физико-химических свойств некоторых компонентов нефти при их гидролизе или глубоком разложении до сажеобразования;
оптимизировать состав и физико-химические свойства катализаторов переработки нефти за счет получения нано- и мелкодисперсных каталитически активных порошков переходных металлов и их оксидов и равномерного распределения их на неорганических носителях и в полимерных матрицах.
Физико-химические основы высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического эффекта
Повторимся: электрогидравлический эффект — новый высокоэффективнгг ый промышленный способ преобразования электрической энергии в механическ = ю, совершающийся без промежуточных механических звеньев. Все вышесказанг ое хорошо обсуждено в фундаментальных работах Юткина [7-14], Лазаренкс== и сотр. [15], Севостьянова и сотр. [16] и др. авторов [17-32]. Именно эти публикации и особенно Юткина [7-14] использованы нами і г ри написании краткого литературного обзора (разд. 1.2) диссертации. В ОСНОВе ЭГЭ ЛеЖИТ ЯВЛеНИе реЗКОГО увеличения ГИДраВЛИЧеСКОГО И ГИТТ_ 10 динамического эффектов и амплитуды ударного воздействия импульсным эле ж ТрИЧеСКИМ разрядом В ИОНОПрОВОДЯЩеЙ ЖИДКОСТИ При УСЛОВИИ МЯКР.имяпі,н - гг укорочения длительности импульса, максимально крутом его фронте и форі ==ле, близкой к апериодической. Для ЭГЭ характерен режим выделения энергии на активном сопротивлеы ии контура, близком к критическому, то есть, когда 1/C R2/4L, (1 1) где С — ёмкость конденсатора, R и L — активное сопротивление и индуктивность контура. Следовательно, основными факторами, определяющими возникновение ЭГЭ, являются амплитуда, крутизна фронта, форма и длительность электрического импульса тока. Длительность импульса тока измеряется в микросекундах, поэтому мгновенная мощность импульса тока может достигать сотен тысяч киловатт.
Крутизна фронта амплитуды импульса (А;) тока определяет скорость расширения канала разряда. При подаче напряжения на разрядные электроды А, оно достигает десятков тысяч ампер. Всё это обусловливает резкое и значительное возрастание давления в жидкости, вызывающее в свою очередь мощное механическое действие разряда.
Высокие и сверхвысокие импульсные гидравлические давления, являющиеся основными действующими факторами ЭГЭ, приводят: - к появлению ударных волн со звуковой и сверхзвуковой скоростями; значительным импульсным перемещениям объёмов жидкости, совершающихся со скоростями, достигающими сотен метров в секунду. При этом мощные им-пульсно возникающие кавитационные процессы, способны охватить большие объёмы жидкости; - к возникновению инфра-, гамма- ультразвуковых, импульсных, нейтронных, интенсивных световых, тепловых, ультрафиолетовых, а также рентгеновских излучений, мощных электромагнитных полей; - к появлению механических резонансных явлений с амплитудами, позволяющими осуществлять взаимное отслаивание друг от друга многокомпонентных твёрдых тел; - к многократной ионизации соединений и элементов, содержащихся в жидкости. Все перечисленные факторы оказывают на жидкость и объекты, помещённые в неё, разнообразные физические и химические воздействия. Ударные перемещения жидкости вблизи зоны разряда, возникающие при развитии и схло-пывании кавитационных полостей, способны разрушать неметаллические материалы и вызывать пластические деформации металлических объектов. Мощные инфра— и ультразвуковые колебания: - диспергируют уже измельчённые материалы, - вызывают резонансное разрушение крупных объектов на отдельные кристаллические частицы, - осуществляют интенсивные химические процессы синтеза, полимеризации, обрыва сорбционных и химических связей.
Электромагнитные поля разряда также оказывают мощное влияние как на сам разряд, так и на ионные процессы, протекающие в окружающей его жидкости. Под их влиянием могут происходить разнообразные физические и химические изменения в обрабатываемом материале.
Форма разряда, вызывающая возникновение импульсных давлений, может быть самой разнообразной: искровой, кистевой, импульсный электрический ветер и т. д. Очень важно, что основой, обеспечивающей многообразные технологические возможности ЭГЭ в проводящих жидкостях, является способ получения, так называемых, сверхдлинных искровых разрядов [7, 9, 14].
ЭГЭ может быть получен в результате предложенного Юткиным (здесь и далее [7]) метода «теплового взрыва», при котором искровой разряд между электродами, помещенными в жидкость, заменяется электрическим тепловым взрывом проводящего ток элемента, замыкающего электроды. Использование этого метода позволяет распространить область электрогидравлической обработки на высокотемпературные среды, в том числе на плазму и расплавы солей и металлов.
Высоковольтные искровые разряды легко возникают только в диэлектрических жидкостях, а в жидкостях с ионной проводимостью, это происходит лишь в случаях очень малой длины искрового промежутка и всегда сопровождается обильным газо- и парообразованием.
Механическое воздействие жидкости на объекты, помещённые вблизи канала разряда практически ничтожно для жидкостей с ионной проводимостью и сравнительно ощутимо лишь в среде жидких диэлектриков. Оно определяется весьма незначительными давлениями внутри парогазового пузыря, возникающего вокруг зоны разряда. Создающиеся в жидкости гидравлические импульсы имеют пологий фронт и значительную длительность протекания, при этом обладают небольшой мощностью. Нужно найти условия, в которых действие гидравлических импульсов могло быть резко усилено. Чтобы достичь этих условий, нужно было разработать электрическую схему, которая обеспечила бы подачу тока на рабочий промежуток в виде короткого импульса при помощи мгновенного ударного подключения накопителя энергии.
Юткин [7, 9, 14] ввел в электрическую схему формирующий воздушный искровой промежуток, что позволило в жидкостях с ионной проводимостью изменить характер искрового разряда, резко усилить его механические действия. Это позволило: - накапливать заданное количество энергии с импульсной подачей ее на основной промежуток; - значительно сократить длительность импульса и предотвратить возникновение колебательных процессов; создавать крутой фронт импульса; - исключить возможность перехода к дуговому разряду; - получить при заданном основном межэлектродном промежутке любые из допустимых для используемого источника питания значения тока и напряжения; - регулировать длины формирующего промежутка; - изменять форму импульса и характер разряда на основном рабочем промежутке в жидкости. Именно формирующий промежуток является основой импульса тока, позволившей перейти к напряжениям гораздо большим, чем напряжение пробоя рабочего промежутка в жидкости. Существует [7, 9, 14] три основных режима работы установки воспроизводящей ЭГЭ, которые представлены в табл. 1.2. Также была предложена схема с двумя формирующими промежутками [7, 9, 14]. Введение второго воздушного искрового промежутка способствует повышению крутизны фронта импульса.
Установки электрогидравлического воздействия
Установки электрогидравлического воздействия (УЭГВ) являются основным элементом экспериментальной части диссертационной работы. Поэтому к этим устройствам нами было обращено самое пристальное внимание и в части обсуждения их конструкторских особенностей, и в части самостоятельной разработки ее узлов.
В общем плане УЭГВ состоит из двух основных блоков. Первый - сама установка с ее электрической частью, защитой, возможностью выхода на необходимый электрический режим и т.д. и второй - устройство электрогидравлического разряда (УЭГР), т.е. химический реактор. Рассмотрим каждый из этих элементов отдельно.
В своей монографии Юткин [14] и другие авторы [16, 17], рассмотрели общие принципы конструирования установок этого вида. Однако информация о конкретных технических решениях, дающих возможность четко оценить входные и выходные параметры отдельных блоков или установки в целом практически отсутствует. Исключение составляет публикация [38], в которой достаточно подробно описано указанное устройство типа ТХ-20,0-9.
Тем не менее, все перечисленные выше авторы [14, 16, 17], убедительно показали, что от конструкции установок (величины рабочего напряжения; формы (меандр), частоты следования разрядных импульсов, их продолжительности, повторяемости, стабильности, а также величины тока разряда; энергии, выделяющейся в разряде импульса; добротности соединительных электрических цепей; емкости блоков накопительных конденсаторов и т.д.) принципиально зависит эффективность влияния ЭГВ на конкретное вещество и механизм протекания химических реакций.
На кафедре технической химии и катализа Саратовского государственного университета были разработаны отдельные узлы и установки ЭГВ разной конструкции и, как следствие, предназначенные для эксплуатации в разных (конкретных) условиях. Отдельные блоки и сами установки были спроектированы и изготовлены Саратовским ОАО «ЭЛМАШ» и ОАО «Саратовское специальное конструкторское бюро оптико-электронных приборов (Госстандарт РФ)», специализирующихся на выпуске такого класса оборудования для оптических электронных микроскопов, электронных разрядных устройств и других изделий.
Примечание: Установки были изготовлены в результате финансовой поддержки «Фонда содействия развитию малых форм предприятии в научно-технической сфере» - Генеральный директор, профессор И.М. Бортник, которому мы выражаем свою искреннюю благодарность. В табл. 2.1 представлены отличительные характеристики экспериментальных установок ВКЭГР.
Принципиальной является геометрия сформированного импульса электрического разряда, которая зависит от множества факторов и, прежде всего, от величины рабочего напряжения и электротехнической части - образованной меандр. Мы считаем (как видно из рис. 2.2, 2.3), что при конструировании установки была достигнута достаточно оптимальная конфигурация импульсов (рис. 2.2, 2,3-6, в, г), близкая к теоретической (рис. 2.2, 2.3-а). Таблица 2.1
Параметры установок электрогидравлического воздействия Тип установки Рабочее напряжение, В Импульс разряда по амплитуде Эпюры электрического разряда в установке в установке электрогидравлического воздействия типа ТХ-50,0-9: а - «идеальная» (теоретическая); б, в, г - при рабочих напряжениях 5, 20 и 30 кВ соответственно 2.4. Экспериментальные устройства (реакторы) установок электрогидравлического разряда
Как было сказано выше, в задачу диссертационной работы входило исследование большого класса отдельных органических и неорганических веществ и на их основе гомогенных и гетерогенных систем («жидкость-жидкость», «жидкость-твердое тело», «жидкость-жидкость-твердое тело», «жидкость-газ» и т.д.). Все это потребовало применения различных конструкций устройств электрогидравлического разряда (УЭГР), выполняющих роль химических реакторов в установках электрогидравлического воздействия (см. гл. 2, разд.2.2). В экспериментах устройства электрогидравлического разряда должны были конкретно учитывать применение температурного режима, ввод и выход газообразных продуктов реакции, постадийное введение химических компонентов в реактор, включая их весовое соотношение и принудительное перемешивание, контроль за проведением процесса и т.д.
«Мягкий» режим электрогидравлического воздействия на нефть
Как было сказано выше, указанные нефтепродукты после отгона легкоки-пящих фракций подвергалась ЭГ-воздействию. Для этой цели (в данном конкретном случае) нами использовалась установка типа ТХ-20-0,9 с воздушным разрядником, что давало возможность воспроизвести, по классификации Ютки-на [14], «мягкий» (щадящий) режим воздействия. Иными словами, каждый последующий электрический импульс по мощности и своим характеристикам (кроме формы меандр) не превышал предыдущий. В реакторах применялось конструктивное расположение электродов типа «острие-острие» или «острие-дно» (рис. 2.5).
В начале устанавливалось влияние количества разрядов на глубину конверсии нефтепродуктов. Экспериментально было найдено, что практически 20 импульсов достаточно для протекания конверсионных процессов (табл. 3.3, 3.4). При количестве разрядов менее 5 эффекты ЭГВ проявляются достаточно слабо, а выше 30-35 - наблюдается коксование нефти, т.е. образование частичек элементарного углерода. Именно эти критерии определили граничные условия проведения эксперимента.
Таким образом, исходные композиции подвергались процессу отгона лег-кокипящих фракций (Т=200С), для получения отбензиненной нефти (табл. 3.4, 3.5) и далее до полного выделения светлых фракций (Т=350С).
Полученные результаты, как для нефти образца «С», так и для образца «К» характеризуют повышение на 4-6 об. %, выхода фракций с температурой кипения до Т=350 С. Причём заметный прирост наблюдается в области температур 320-350С.Наряду с изменением фракционного состава отбензиненной нефти, проводилось определение ее реологических параметров до и после воздействия ВКЭГР (табл. 3.6).
На основании полученных данных можно судить о существенном влиянии ВКЭГР на нефть с разным содержанием парафина. В случае товарной нефти (образцы «С» и «К») изменение кинематической и динамической вязкости достаточно существенно. В то же время отмечается малое воздействие ЭГВ на плотность нефти. Можно предположить, что этот факт отражается, главным образом, на силе межмолекулярных связей между компонентами нефти, что и находит достаточно резкое отражение в изменении их вязкости. В то же ьремя увеличение выхода объёма дистиллята в интервале Т=320-350С свидетельствует о протекании процессов деструкции высокомолекулярных соединений до низкомолекулярных. Эти два положения можно объединить в следующий вывод.
Плотность - это отношение массы вещества к занимаемому им объему. Так как при расчете плотности объем образца в наших экспериментах всегда оставался одинаковым, увеличение ее происходит за счет возрастания массы, которая будет определяться суммой масс соединений находящихся во взятом объеме. Как показывают современные исследования, нефть представляет собой дисперсную систему. Дисперсной фазой в ней являются сложные структурные единицы. В результате ЭГ-обработки происходит их разрушение, количество молекул в единице объема увеличивается, следовательно, плотность тоже. Так как размеры (масса) этих молекулярных фрагментов при деструкции стремится к некоторому номиналу, плотность, в итоге, изменяется незначительно. Это подтверждается экспериментами барботирования нефти в условиях ВКЭГР, о чем будет сказано ниже.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что ЭГ-воздействие наиболее эффективно для высококипящих фракций углеводородов, где прочность связей С-С ослабевает по мере увеличения количества атомов углерода в цепи. 3.1.2. «Жесткий» режим электрогидравлического воздействия на нефть
В данном случае исследования проводились на высоковольтной установке типа ТХ-50,0-9, что позволяло в «жестком» режиме до U=50 кВ и выше (вплоть до стадии коксования органических фракций) предпринять попытку решить поставленные выше задачи.
Рассмотрим выход светлых фракций при мощности импульса равной U=40 кВ, где энергия одного импульса составляет 240 Дж. На рис. 3.4 видно увеличение выхода всех светлых фракций для обработанной нефти. Выход бензиновой фракции (выкипающей до ТМ50 С) из обработанной нефти увеличился на 3 об. %; при Т=220 С на 4,5 об. %; Т= 240; 260С на 4 и 3 об. % соответственно и т.д. Все остальные - не более 2 об. %. Выход для обработанной нефти (U=40 кВ) составил 74,5, что на 6,5 об. % больше, чем у товарной нефти.
При анализе материалов следующего рис. 3.5, на котором показан фракционный состав при U=50 кВ, можно увидеть уменьшение выхода светлых дистиллятов при 1=150, 160С у обработанной нефти. Данный момент можно объяснить таюке, как и в случае с U=20 кВ, а именно - потерей легких фракций при крекинге углеводородов до легких летучих углеводородов. При Т=180С наблюдается закономерное увеличение выхода светлых дистиллятов у обработанной нефти на 2 об. %. Далее, также как и при U=40 кВ, прослеживается возрастание выхода светлых дистиллятов у обработанной нефти (U=50 кВ) по сравнению с сырой.
Теперь сравним фракционный состав нефти, обработанных при U=40 и 50 кВ (рис. 3.4-3.6). Отмечается следующая закономерность: примерно до Т=250С больше выход при U=40 кВ. В интервале температур с 250 до 330С больше выход у нефти, обработанной при U=50 кВ. Далее, после Т=330С опять повышается выход у нефти, обработанной при U=40 кВ. Отсюда можно сделать вывод о том, что при увеличении значения напряжения будет увеличиваться выход фракций, выкипающих в интервале температур от 250 до 330С, и уменьшаться в интервале от Т=340-350С.
С целью проверки данного предположения о деструкционном воздействии ВКЭГР на нефть, считаем логичным рассмотрение этого явления на примере ее тяжелой фракции - мазута.
Мазут — смесь углеводородов (молекулярной массой 400-1000), нефтяных смол (молекулярной массой 500-3000 и более), асфальтенов, карбенов, карбой-дов и органических соединений, содержащих металлы (V, Ni, Fe, Mg, Na„ Ca). Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени отгона дистиллятных фракций и характеризуются следующими данными: вязкость 73-80 мм2/с при (Т=80С) плотность 0,9-1,01 г/см3 (при Т=20С) .
Сажеобразование других органических соединений
По сравнению с предыдущими опытами с бензолом, процесс сажеобразо-вания декана начинался позднее и приводил к меньшему выходу сажи. Этот факт закономерен, т.к. содержание углерода в декане заметно меньше, чем в бензоле (83,3 %). Важным явилось то обстоятельство, что помимо полученной сажи из декана образуются и газообразные продукты, такие как метан, этан, пропан, бутан.
После отстаивания сажи полученную «декановую» жидкость хроматогра-фировали на колонке из нержавеющей стали (L = 2 м), заполненной 10 % Carbowax, на хроматоне. Температура термостатирования колонок и детектора 100С, температура испарителя 250 С, ток детектора 150 мА. Скорость газа -носителя (азот) - 3 л/ч. При идентификации пиков, проведенной на основе удерживаемого объема, установлено, что один пик принадлежит декану, а другой гептану (рис. 4.3). Гексан и пентан, которые могли образоваться в ходе эксперимента, на хроматограмме не обнаружены.
Учитывая, что большинство способов производства сажи базируется на крекинге углеводородов, для сравнения, нами была получена сажа, образующаяся при неполном сгорании дизельного топлива в двигателе внутреннего сгорания.
Сажу, выходящую из выхлопной трубы дизеля, вместе с выхлопными газами улавливали аспиратором типа «Bosh». При исследовании полученных образцов на оптическом микроскопе видно, что частицы данного вида имеют несферический характер и значительно различаются по размерам. Фотография полученного образца с увеличением 500 приведена на рис. 4.4. Если на рис. 4.2 видны однородные мелкодисперсные частички размером около 20 нм, то на рис. 4.4 заметны достаточно крупные агломераты сажи размером в несколько микрон. Сравнение двух типов саж, полученных методом воздействия ЭГБ на бензол и декан (в отличие от крекинга углеводородов), состоит из чрезвычайно однородных по размеру частиц углерода сферической формы наноразмером около 20 нм и может быть использована в ряде практически важных сфер. В продуктах, полученных воздействием ЭГВ на декан, кроме сажи, обнаружен гептан, что свидетельствует о возможности применения метода ЭГВ в качестве метода крекинга.
Рассмотрение поведения системы «фенол-вода» в условиях электрогидравлического воздействия позволяет сделать заключение, что оно близко к поведению водонефтяных эмульсий. Растворимость фенола в воде является одной из основных причин загрязнения сточных вод. Причем вредное действие фенолов проявляется уже при очень незначительных концентрациях. Так, например, предельное содержание фенолов в воде не должно превышать санитарной нормы 0,001 мг/л, а для питьевой воды должно быть в 20 раз меньше, т.е. 0,0005 мг/л.Поэтому данная система явилась по нашему мнению интересной не только с точки зрения изучения влияния ЭГВ на органические соединения нефти, но и с точки зрения решения самостоятельной задачи - очистки водных стоков от органических загрязнений.
Существует множество способов очистки промышленных сточных вод от фенолов (обесфеноливание). Пароциркуляционный метод [70] основан на отгонке фенолов из сточной воды циркулирующим водяным паром с последующим их удалением из паровой фазы отмывкой раствором щелочи. Удаление фенолов из сточных вод жидкостной экстракцией основано на различной растворимости фенолов и воды в ряде органических растворителей[70]. Сорбциочный способ [71] трудоемкий, требует, во-первых, регенерацию сорбентов и дополнительную биохимическую доочистки воды. Процесс озонирования водо-фенольных сточных вод [71] предполагает строгое поддержание кислотности сточных вод и, кроме того, из-за применения озона достаточно вреден для работающего персонала.
Поэтому (по аналогии с [71]) было предложено ЭГ-обработку водного раствора фенола осуществлять в присутствии окислителя — перекиси водорода, количество которой (избыток) рассчитывалось на полное окисление фенола до окиси углерода (II). Перекись водорода была выбрана нами в качестве окислителя по двум причинам: во-первых, при ЭГВ на воду появляются активные радикалы Н+, 0+ Н2+, 02+, е нейтральные молекулы Н20, Н2, 02, ОН, Н, О, которые, рекомбинируя, образуют Н202 [16]; во-вторых, при обычных условиях взаимодействие фенола с перекисью водорода затруднено; в-третьих, Н202 не вносит посторонних (в том числе, экологических опасных) ионов и сама разлагается до воды и газообразного кислорода.
Механизм реакции (4.5), (4.6) подтверждается (после удаления избытка перекиси водорода нагревом смеси на водяной бане при Т=60С, в течение 30 мин.) качественной реакцией на хлорное железо [74]. При добавлении FeC наблюдалось изменение окраски с желтой (бурой) на зеленую.
Проводя; эксперименты по удалению фенолов; из сточных вод (см. Ел.4, разд. 4.2) нами бьшо обращено внимание на дезинфекцию (обеззараживание) воды, т.е. ее обработку, которая должна обеспечить уничтожение в нешболезнетворных, микроорганизмов.. Осуществить обеззараживание воды на 100 % на практике обычно не удается. Поэтому в настоящее время принято выражать эффективность обеззараживания как 99 %, 99І,9 %-и т.д., что; соответствует снижению количества микробов в обрабатываемой воде на два, три и т.д. порядков. Удовлетворительной считается степень обеззараживания в пределах 99,99-99,999%.
