НОВЫЕ РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ

НОВЫЕ РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ПРИМЕНЕНИЕМ НАНО ТЕХНОЛОГИЙ
Существующие в настоящее время методы и способы очистки сточных вод
застарелые и не соответствуют современным требованием.
Наилучшими методами признаны те, которые обе6спечивают наиболее
качественную очистку воды при минимальных затратах и при максимальной регенерации
всех компонентов сточной воды (цветные металлы, нефть и углеводороды и другие
органические соединения).
Для осуществления этого необходимо применить особые технологии и приемы.
Очистка сточных вод может быть осуществлена или химическими (окисление,
восстановление, конденсация, изомеризация, разложение и др.) или физико-химическими
методами (перегонка, экстракция, сублимация, ректификация, осмос, ионный обмен,
флотация, коагуляция, коалесценция и др.). В любом из перечисленных методов
существует концентрационный фактор, что в химии именуется законом действующих
масс. Поэтому, если удастся «заманить» молекулы в микроскопическую
(нанометрическую) ячейку и сблизить молекулы до
расстояний химической
взаимодействий (куб, объемом 10-24л), то локальная концентрация взаимодействующих
частиц составит 3-10 моль/л, что по сравнению с обычными сточными водами в пределах
ПДК (10-4-10-8моль/л или 10-0,1мг/л) превосходит в 105-109 раза.
Такое стимулирование химических или физико-химических процессов позволяет
достичь желаемых скоростей и конверсий превращения или фазовых переходов (сорбция,
экстракция и др.) без применения больших количеств реагентов, температуры и
катализаторов. Это позволяет удалить загрязнитель из чистой (не загрязненной
реактивами и побочными продуктами процесса) воды. В результате, сочетание
упомянутых выше приемов позволяет осуществить регенерационную очистку стоков.
Приведенные ниже проекты выполнены на кафедре химии БГИТА научным
коллективом, под руководством доктора химических наук, профессора, заведующего
кафедрой Пашаяна Арарата Александровича.
Контактные телефоны: 8(4832)649914-кафедра, 89206062220.
E-mail- pashayan_ararat@mail.ru
1. Коагулянты для водоочистки
сталепрокатных растворов.
переработкой
травильных
растворов
Описание идеи: Очистку питьевой воды от гидрозолей (наночастицы) осуществляют
применением коагулянтов. Расход коагулянта (на примере сульфата алюминия) при
очистке речной воды доходит до 5т/сут. Поэтому цена питьевой воды ежегодно растет,
а ее качество даже ухудшается. Наиболее приемлемым решением проблемы является
производство высокоэффективных и недорогих коагулянтов. Коагуляционная
эффективность зависит от большого набора химических и физико -химических
параметров коагулянта. Главным при этом является способность молекул коагулянта
гидролизоваться в водной среде с образованием микрокристалликов (наночастиц) с
развитой пористой поверхностью, способной сорбировать гранулы или мицеллы
гидрозолей. В результате укрупнения частиц гидрозоли выпадают в осадок, при этом
вода очищается. Для синтеза эффективных и недорогих коагулянтов в качестве
исходного сырья нами выбраны отработанные травильные растворы сталепрокатных
заводов, содержащие сульфаты и хлориды железа (II). Химической модификацией в
травильных растворах нам удалось осуществить преобразование молекул, содержащих
катионы железа (II) в гироксосоединения железа (III). Такие соединения способны в
одну или две стадии гидролизоваться с образованием микро кристалликов гидроксида
железа (III), тогда как в случае с сульфатом алюминия это происходит в три этапа.
Именно это предопределило более высокую коагуляционную активность
синтезированных нами коагулянтов. Так как сырьем для этих коагулянтов являются
отработанные травильные растворы, то полученные коагулянты, кроме высокой
эффективности, имеют низкую себестоимость.
По данной проблеме поданы 2 заявки на патент РФ.
При внедрении этой технологии ожидаемый суммарный экономический эффект,
который формируется и у сталепрокатного завода-изготовителя коагулянтов, и у
водоканалов - потребителя дешевых и эффективных коагулянтов, составит 20-25млн.
руб/год. В результате исчезают громадные количества шламов у сталепрокатных
заводов - продукт утилизации отработанных травильных растворов. В водоканалах
уменьшится расход коагулянта, расходы на его потребление и появится возможность
снизить цену на процессы очистки воды.
Механизмы реализации: Дорабатывать параметры процесса синтеза коагулянтов и
выбирать оптимальные условия ведения процессов (I этап - 1 год); провести
испытания образцов в натуре - в водоканале в лабораторных условиях и получить
положительное заключение. Создать пилотную установку для производства образцов
объемом 1-2 т., в расчете на безводные соли (II этап 1 года); подготовить техническую
документацию для проектирования и создания промышленной установки. Пусконаладочные работы (III этап 1 год).
Данной проблемой заинтересованы службы ЖКХ, в частности, Брянский
Горводоканал.
2. Технология
регенерационной
очистки
сточных
вод,
загрязненных
нефтепродуктами, сочетанием экстракционных и адсорбционных процессов.
Очистка воды от нефтяного загрязнения осложнена тем, что часть нефти находится
в воде в виде эмульсий (наноструктуры). В настоящее время воду чистят
флотационными или сорбционными методами, которые малоэффективны и дороги.
Предложенная нами двухступенчатая технология предусматривает на первом этапе
удаление из воды водо-масленых эмульсий экстракцией маслами, оставшееся
количество нефти (2-5мг/л) удаляется из воды на специальных сорбентах,
гидрофобизированных древесных опилках. Древесные опилки предварительно
активировали, в результате раскрывали межфибрилярные полости, куда по
специальной
технологии внедряли парафины (С30 и выше). Такие
гидрофобизированные сорбенты не набухали в воде и обладали сорбционной
емкостью 5-7г/г. Остаточное содержание нефти после сорбционной очистки -не менее
0,1мг/л. Рассчитаны параметры установки для осуществления процесса в непрерывном
режиме.
Экстрагенты с нефтью после определенного цикла работы увеличиваются в
объеме (до 100 раз) и поэтому выводятся из цикла, и отработанный экстрагент
используется как нефть. Отработанные сорбенты отжимаются, нефть возвращается,
остаток сжигается как печное топливо. Имеются 2 патента РФ.
1. Пат. 2332359 РФ, МПК С 02 F 1/40. Способ очистки сточных вод от нефти и
нефтепродуктов. / А.А. Пашаян, А.В. Нестеров, А.В. Исакова; Государственное
обра-зовательное учреждение высшего профессионального образования
«Брянская го-сударственная инженерно-технологическая академия» – Заявлено
28.03.2008; опубл. 27.08.2008. // Изобретения. Полез. модели. – 2008. – №24.
2. Пат. 2333793 РФ, МПК В 01 I 20/24, С 02 F 1/28. Способ очистки поверхности от
нефти и нефтепродуктов. / А.А. Пашаян, А.В. Нестеров, Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Брянская государственная инженерно-технологическая академия» – Заявлено
18.01.07.; опубл. 20.09.2008. // Изобретения. Полез. модели. – 2008. – №26.
Ожидаемый эффект: Внедрение настоящей технологии и ее эксплуатация в
промышленных масштабах позволит очистить нефтьсодержащие сточные воды с
минимальными расходами энергии, реагентов. При этом процесс не сопровождается
образованием отходов и побочных продуктов (шламов и т.п.). Выделенная нефть
регенерируется. При этом утилизируются нефтешламы и древесные опилки а на рынке
сорбентов появляется недорогой сорбент нефти, который способен также и очистить
нефть с поверхности воды и почвы.
Механизм реализации: При наличии финансирования готовится пилотная установка
производительностью 10м3/час (I этап), отрабатываются основные параметры,
разрабатывается технологический регламент, акты испытания (II этап).
Сроки выполнения: Первый этап-2 года с момента начала финансирования. Второй
этап- 1 год.
Данной проблемой заинтересованы все предприятия, где образуются нефть
содержащие сточные воды. Например, Брянская нефтеналивная станция при железной
дороги, все АЗС.
3 Кератин содержащие сорбенты для очистки гальваностоков от хрома.
Наличие сорбционной активности у человеческого волоса была наглядно показана
при ликвидации нефтяного розлива в Мексиканском заливе. Эти способности
обусловлены
внутренней
структурой
волос,
содержащих
множество
микроскопических капилляров. Однако, наряду с этим, природные материалы
белкового происхождения, содержащие сульфидные – группу в составе аминокислоты
цистеин, также обладают восстановительными свойствами. Поэтому, такие материалы,
как шерсть, перья, рога, волосы и т.п. могут быть эффективно применены в качестве
нано - катализаторов для удаления из воды хрома (VI) и хрома (III). Бихромат или
хромат анионы, оказавшись внутри кератиновых пор, вступают в реакцию с
сульфидной группой белковой матрицы, и восстановленная форма хром (III)
задерживается там же, не выходя в раствор. Таким образом, пользуясь новыми типами
катализаторов с микропорами и химически-активными группами, можно удалить из
воды хромовые загрязнители, не введя туда ничего.
Наши предварительные исследования показали, что при подборе оптимальных
условий ведения процесса можно в один прием очистить воду от хрома, и
регенерировать его в виде оксида хрома (III) сжиганием отработанных сорбентов.
Возможности нового вида сорбентов белкового происхождения пока не раскрыты.
Однако, наличие в них вышеупомянутых качеств предвещает им широкое позитивное
применение.
Материал подготовил д.х.н., профессор
Пашаян Арарат Александрович