Удосконалення технології промислової водопідготовки за допомогою сорбентів

Процеси сорбції нафти порошковими матеріалами та мінеральними волокнами, які отримано з відходів гірничо-збагачувального виробництва графіту та відходів металургійного виробництва, не вивчалися раніше.

За результатами досліджень вперше встановлено сорбційні властивості цих матеріалів (понад 20 марок) з метою їх використання в процесі промислової водопідготовки для ППТ [4]. Визначено оптимальний час контакту різних матеріалів з підтоварною водою; отримано залежності ступеня очищення підтоварної води від об'ємної щільності матеріалів, маси наважки матеріалів, тощо. Сорбційна ємність сорбентів по нафті (максимальна сорбція n, г/г, «вільної» нафти одним грамом сорбенту), знаходиться в межах 9, 8 – 26, 6 г/г; а по підтоварній воді – в межах 0, 31 – 45, 1 г/г. Наприклад, сорбційна ємність сорбенту марки ВСН нафти, яка має об'ємну густину 0, 8440 г/см3 складає 24, 9 г/г, нафти, яка має об'ємну густину 0, 8150 г/см3 – 26, 0 г/г, а нафти, яка має об'ємну густину 0, 8410 г/см3 – 22, 1 – 26, 6 г/г. Сорбційна здатність А, г/г (сорбція нафти, яка розлита на поверхні підтоварної води, одним грамом сорбенту) знаходиться в межах 12, 4 – 25, 3 г/г для волокнистих сорбентів, та 12, 0 – 32, 6 г/г для порошкових. Наприклад, 0, 1 г порошкового сорбенту марки ГН за 30 хв із підтоварної води зв’язує 3, 5 см3 (1 г зв’язує 28, 52 г) нафти з питомою вагою d = 0, 8150 г/см3 за температури +54 оС (швидкість поглинання V = 3, 5/30 = 0, 12 см3/хв), утворюючи добре сформовану щільну коагульовану масу, яка не руйнується при механічному перемішуванні, не прилипає до скляних, металевих та деревних предметів і плаває на поверхні підтоварної води. А порошковий сорбент марки ОГ за 30 хв із підтоварної води зв’язує 4 см3 (1 г зв’язує 32, 6 г) нафти, яка має питому вагу d = 0, 8150 г/см3 за температури +54 оС (швидкість поглинання V = 4/30 = 0, 13 см3/хв), утворює коагульовану масу з такими ж властивостями, як і сорбент марки ГН, але більш стійку до механічного впливу.

Виконано дослідження кінетики сорбції: Г = f (t). Встановлено, що оптимальний час контакту матеріалу з нафтою, протягом якого відбувається її максимальне поглинання складає п'ять хвилин, тому всі подальші статичні сорбційні дослідження розроблюваних матеріалів проводилися протягом вказаного часу. Встановлено також, що змочений підтоварною водою матеріал марки ВСН найкраще поглинає нафту за 2 хв – 26, 0 г.

Виконано дослідження процесу сорбції нафти і солі із ПВ волокнистими і порошковими сорбентами, які отримано з відходів гірничо-збагачувального та металургійного виробництв. Вперше для вказаних матеріалів встановлено ізотерми сорбції та визначено значення сорбційної ємності нафти із ПВ, Г = f (C) ; адсорбційні константи: – для даного сорбенту та 1/k – для нафти з ПВ. Встановлено, що визначені експериментально ізотерми сорбції цих матеріалів добре підпорядковуються рівнянню Фрейндліха (2), на що вказує наближення до одиниці R2 – значення лінії тренду, високі значення сорбційної ємності та адсорбційного коефіцієнту .

Вивчено вплив модифікування на процес сорбції нафтопродуктів [3, 8, 11]. Встановлено, що гнейсові мінеральні волокна, гідрофобізовані за допомогою кремнійорганічних сполук, проявляють високу адсорбційну здатність відносно нафтопродуктів (близько 20 г/г) можуть широко використовуватись для збирання розлитої на поверхні води нафти. В залежності від величини добавки модифікатора волокнисті сорбенти марок ВСН та ВСМВН мають гідрофільно-гідрофобні властивості, а волокнисті сорбенти марок ВСМ і ВСМВМ та порошкові марок ГН і ОГ – гідрофобні властивості.

Встановлено також, що гідрофобізовані сорбенти не змочуються водою і не тонуть, тимчасом як немодифікований сорбент швидко змочується водою і через 9 с тоне. Оскільки модифіковані сорбенти погано змочуються водою, то не варто сподіватись, що вони добре сорбуватимуть мінеральні солі, а немодифікований сорбент має таку здатність. Експериментально встановлено, що за 5 хв 1 г немодифікованого сорбенту сорбує 7, 2 г мінеральних солей. Отримані результати визначають можливість використання сорбентів з різним ступенем гідрофобізації для збирання розлитої на поверхні води нафти та сорбції із об’єму підтоварної води емульгованих нафтопродуктів і мінеральних солей. Сорбент, що має гідрофільно-гідрофобні властивості, руйнує емульсії типу «масло у воді» та сорбує нафту із об єму пластової стічної (підтоварної) води, а гідрофобні сорбенти сорбують нафту з її поверхні. Встановлено, наприклад, що волокнистий сорбент марки ВСН, набрякаючи у підтоварній воді, збільшував свій об’єм у три рази (1 г його зв’язує 26, 81 г підтоварної води). Усі досліджувані сорбенти досить добре вбирають емульговані нафтопродукти – за 5 хв статичної адсорбції 1 г сорбентів у 0, 5 дм3 підтоварної води знижує концентрацію нафтопродуктів приблизно у 4 рази. Із збільшенням періоду сорбції до 60 хв кількість адсорбованих емульгованих нафтопродуктів зростає на порядок [5].

Проведено вивчення фільтраційних властивостей сорбентів. Встановлено, що виготовлений з сорбенту марки ВСН фільтр вагою 5 г, фільтраційною площею 4, 11 см2 за 1 хв пропускав 2 дм3 підтоварної води, яка мала температуру +50 оС [2]. При цьому руйнувалася емульсія та поглиналися нафтопродукти, знижувався їх вміст у 12, 7 рази. Після фільтрації цим же фільтром 33 дм3 підтоварної води вміст нафтопродукту у фільтраті знизився у