авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Технология глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод объектов железнодорожного транспорта с использованием активированного алюмосиликатного адсорбента

-- [ Страница 2 ] --

Таблица 2. Результаты опытных испытаний очистки нефтесодержащего стока фильтрованием через короткий слой активированного алюмосиликатного адсорбента

Вид адсорбента Объем воды от начала фильтрования, л Концентрация нефтепродуктов в исходном стоке, мг/л
11,2 19,5 30,7
Скорость фильтрования, м/ч
3 4 5 3 4 5 3 4 5
Уровень проскоковой концентрации нефтепродуктов в фильтрате U = Cф /Cи
Активированный алюмосиликатный Кембрийская глина + доломит 15% весовых от массы глины 1,92 0,07 0,08 0,08 0,07 0,07 0,08 0,09 0,09 0,10
3,84 0,10 0,12 0,13 0,13 0,14 0,15 0,13 0,14 0,14
5,76 0,18 0,21 0,24 0,21 0,25 0,28 0,19 0,22 0,25
7,68 0,29 0,33 0,37 0,34 0,40 0,43 0,30 0,35 0,37
9,60 0,45 0,49 0,51 0,46 0,49 0,52 0,44 0,46 0,49
11,52 0,58 0,61 0,65 0,62 0,65 0,69 0,62 0,62 0,66
13,44 0,67 0,70 0,74 0,71 0,79 0,79 0,70 0,73 0,76
№№ опытов 10 11 12 13 14 15 16 17 18

В третьей главе описана физико-химическая сущность процесса, представлены теоретическое обоснование процесса и расчет параметров сорбционного извлечения нефтепродуктов из сточных вод.

При изготовлении активированного алюмосиликатного адсорбента вследствие природной ионообменной способности каолинита (либо кембрийской глины) и «дефектности» его кристаллической структуры происходит замещение части трехвалентного алюминия на катионы магния и кальция, входящих в состав активатора (магнезита или доломита), а также заполнение «вакансий» в узлах кристаллической решетки и в межслоевом пространстве каолинита вышеуказанными катионами.

В результате такого целенаправленного модифицирования и активирования глинистого сырья при изготовлении адсорбента получается макропористый гранулированный материал, который обеспечивает при фильтровании воды через зернистый слой создание слабощелочной среды и положительного электрокинетического потенциала на поверхности зерен. Предпосылкой для образования щелочной среды являются оксиды магния и кальция, образующиеся в структуре адсорбента в результате обжига гранулята, содержащего доломит (t = 800-900оС). Оксиды магния и кальция образуют в воде гидроксиды, повышая таким образом водородный показатель (рН) за счет избытка анионов ОН–.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и опытно-производственных условиях, позволяют установить, что извлечение нефтепродуктов из сточных вод при фильтровании их через алюмосиликатный адсорбент, модифицированный соединениями кальция и магния, является многостадийным процессом, протекающим по нижеследующей схеме:

- массоперенос частиц взвеси и нефтепродуктов, а также обменных ионов к поверхности зерен адсорбента;

- внутренняя диффузия обменных ионов щелочноземельных металлов из глубины к поверхности зерен адсорбента;

- гидролиз ионов щелочноземельных металлов с образованием слабощелочной среды;

- поверхностная коагуляция эмульгированных нефтепродуктов в слабощелочной среде в межзерновом объеме и на границе раздела «поверхность зерна – жидкость»;

- физическая адсорбция растворенных и эмульгированных нефтепродуктов;

- образование и рост коллоидной структуры взвеси, эмульсии и гидроксидов в межзерновом поровом пространстве и устьях мезо- и макропор адсорбента.

Можно сделать некоторые упрощающие предположения:

- осадок формируется в смешанной форме – гидроксидов с сорбированными нефтепродуктами и нефтепродуктами, адсорбированными на поверхности сорбента, а также за счет когезии к ранее задержанным частицам;

- химическая реакция образования гидроксидов и формирования органо-минеральных комплексов происходит быстро, т.е. характерное время этой реакции значительно меньше, чем массоперенос частиц загрязнений за счет диффузии;

- диффузия ионов происходит значительно быстрее, чем диффузия нефтепродуктов. Коэффициент диффузии по формуле Эйнштейна обратно пропорционален молекулярному весу диффундирующих частиц. Молекулярный вес нефтепродуктов значительно больше, чем объясняется их малая подвижность по сравнению с подвижностью ионов.

Кроме того, в модели кинетики массопереноса следует учесть диффузию ионов магния к поверхности зерна, т.е. внутреннюю диффузию.

Таким образом, процесс очистки воды осуществляется за счет внешней диффузии частиц нефтепродуктов к поверхности зерен и внутренней диффузии ионов магния в порах гранулы к ее поверхности, т.е. динамика очистки протекает в смешанно-диффузионной области кинетики сорбции.

Математическая модель динамики сорбции в смешанно-диффузионной области представляется в виде системы уравнений:

(1)

(2)

(3)

(4)

, (5)

где с(x, t) – концентрация загрязняющего вещества в фильтруемой воде; a(x,t) – усредненная (измеряемая) концентрация сорбированной фазы загрязняющего вещества; a(S)(r,x,t) – локальная концентрация в зерне; – внешнедиффузионный коэффициент; D – коэффициент внутренней диффузии; v – линейная скорость потока воды (на пустое сечение); m – порозность слоя фильтра; r – внутренняя координата в зерне сорбента (0 r d/2); d – средний диаметр зерна; х – координата вдоль фильтра (толщина фильтра l); t – время.

В данной системе уравнение (1) описывает связь локальной концентрации в зерне a(S)(r,x,t) с усредненной a(x,t), (2) – уравнение внутренней диффузии, уравнение (3) – описывает баланс сорбируемого вещества, (4) – граничное условие для уравнения (2) на поверхности зерна, являющееся уравнением внешнедиффузионной кинетической стадии, (5) – условие в центре зерна. При фронтальной динамике сорбции (фильтрование сверху вниз или снизу вверх) на чистой загрузке краевые условия задаются в виде с(0,t)=С0, a(S)(r,x,0)= a(x,0)=0.

В уравнение (4) входит изотерма a = f(c), которую определяют экспериментально. На рис.1 представлена изотерма сорбции нефтепродуктов

Рис. 1. Изотерма адсорбции нефтепродуктов на сорбенте ААА.

на сорбенте ААА в равновесных концентрациях ар – ср, которая была получена при сорбции нефтепродуктов из ограниченного объема раствора навеской сорбента при перемешивании до достижения равновесия.

Следовательно, процесс извлечения нефтепродуктов из стока, в рассматриваемом диапазоне концентраций протекает практически по линейной изотерме. В уравнении (4) следует положить:

= a(S)(d/2, x, t) = c(x, t)/Г

и использовать решение для смешанно-диффузионной динамики сорбции при линейной изотерме сорбции, полученное численными методами (Веницианов, Махалов, 1973). Оно представляется семейством кривых lgU – lgT, где U и T – безразмерные переменные (см. рис. 2). Каждое семейство построено при фиксированном значение критерия Био Н.

 Безразмерное время Т Наложение-6

Безразмерное время Т

Рис. 2. Наложение экспериментальных данных по извлечению нефтепродуктов на теоретические кривые при Н=7:

– опыт №1; - опыт №5; х – опыт №9.

Графическая обработка результатов технологических испытаний на коротких слоях адсорбента должна дать ответ на вопрос об адекватности процесса очистки воды от нефтепродуктов модели смешанной диффузии при линейной изотерме. Одновременно производят параметризацию модели, т.е. находят конкретные значения параметров модели (1)–(5).

При этом используется решение представленное в виде семейства теоретических кривых:

, (6)

где U=C/C0 – безразмерная концентрация сорбируемого компонента в растворе;

– безразмерная длина слоя адсорбента;

– безразмерная продолжительность сорбционного процесса;

– критерий, характеризующий относительный вклад внешнедиффузионного и внутридиффузионного массопереноса (критерий Био).

Критерий Н характеризует относительный вклад двух стадий кинетики – внешней и внутренней. При Н 1 влиянием внутридиффузионной стадии можно пренебречь и лимитирующей стадией является внешняя диффузия; при Н 100, напротив лимитирующей стадией является внутренняя диффузия.

При 1 < H < 100 сорбционный процесс протекает в области смешанно-диффузионной кинетики, при этом необходимо учитывать обе кинетические стадии (внутренняя и внешняя диффузия).

Теоретические кривые построены в безразмерных билогарифмических координатах U – T, безразмерная длина Х является параметром каждой выходной кривой, а совокупность выходных кривых строится при фиксированном значении Н.

Экспериментальные кривые также строятся в билогарифмических координатах. Далее подбирают соответствующий набор теоретических кривых (параметр Н) и соответствующую выходную кривую (длина Х). Билогарифмические координаты обладают важной особенностью: соответствующие сомножители в выражении для безразмерных переменных при логарифмировании становятся слагаемыми, т.е. соответствующие кривые имеют одну форму и совмещаются сдвигом по оси ординат.

Из результатов наложения экспериментальных точек uэ = f(t),
следует, что на пучке теоретических кривых при Н=7 экспериментальные точки для безразмерных длин Х=1,0 и Х=1,3 достаточно удовлетворительно накладываются на теоретические кривые.

Данное обстоятельство убедительно показывает адекватность процесса очистки нефтесодержащих смешанно-диффузионной модели динамики сорбции и при расчете параметров фильтрации используем это совмещение.

Расчет параметров технологического процесса производится по формулам, следующим из выражений для Х, Т и Н:

, , (7)

где l – толщина фильтра (см.), соответствующая ей безразмерная длина теоретической кривой – Х, t и T – соответствующие друг другу размерный момент времени и безразмерное время (соответствующие одной и той же проскоковой концентрации u и U).

Алгоритм расчета параметров производственного фильтра включает следующие этапы:

1. Проведение технологического эксперимента на коротких слоях сорбента с целью получения представительной выходной кривой от «проскокового» значения до значений, близких к С0. Из этого условия выбираются параметры опытов (vэ, dэ, lэ).

2. Полученную экспериментальную кривую представляют в билогарифмических координатах lgc/C0 – lgt. Путем перебора находят семейство теоретических кривых при том значении критерия Био Н, когда достигается наилучшее совпадение экспериментальных точек uэ и теоретических кривых U = U(X,T) в билогарифмических координатах.

3. При этом устанавливается соответствие теоретических и экспериментальных параметров lэ Х, tэ T. Используя формулы (7), находят параметры модели:

,,

4. Используя установленную ранее (Петров, 1988) зависимость

= b0 v0,9 d–0,6

Вычисляется параметр b0, что позволяет далее рассчитать значения коэффициента , а также Нр и Хр при технологических условиях lр, vр и dр:

;

5. Используя теоретическую кривую при значениях Нр, Хр, соответствующих технологическим условиям, определяют продолжительность фильтроцикла по формуле:

где Тр соответствует требуемому уровню проскока загрязняющего вещества Uр.

Для проведенной серии лабораторных экспериментов получены следующие значения параметров при адсорбции нефтепродуктов.

Опыт 1. Толщина слоя фильтра lэ = 25 см, скорость фильтрации vэ = 5 м/час. Соответствие времен: время фильтрации tэ = 300 мин., соответствующее ему безразмерное время – Т = 0,9 (см. рис. 2). Безразмерная длина Х = 1.

Используя формулы (7), получим:

с-1 ; ; см2/с.

Для расчета реального фильтра используются формулы (7) для нахождения времени защитного действия для реального производственного фильтра. При этом могут меняться технологические параметры: толщина фильтра l, скорость фильтрации v, зернение d. При этом меняется значение коэффициента внешней диффузии по формуле:

(8)

Технологические параметры фильтра приведены в табл. 3.

Таблица 3. Технологические параметры производственного фильтра «ФСД»

Параметры «ФСД-10»
Производительность, м3/час 10
Скорость фильтрации, м/час 5
Высота фильтрующей загрузки, мм 2 х 450
Площадь сечения фильтра, м2 2
Объем емкостей фильтра, м3 2 х 1,0 = 2,0
Объем загрузки фильтра, м3 2 х 0,9 = 1,8


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.