Спосіб очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів вуглецевим сорбентом

Пропозиція належить до способів очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів за допомогою вуглецевого сорбенту з терморозширенного графіту. Спосіб може бути використаний для ліквідації наслідків аварійних розливів нафти і нафтопродуктів і інших органічних рідин на поверхні відкритих водойомищ. Відомий спосіб очищення поверхні води від нафти і гідрофобних рідин [Патент РФ № 2050329, М. кл.6 С 02 F 1/28, 1995 г.]. У відомому способі сорбент із терморозширеного графіту наносять на забруднену водну поверхню шляхом звичайного механічного нанесення (висипання з тари за допомогою лопат, шкребків та ін.). Потім насичений сорбент вилучають з води перфорованим матеріалом чи сіткою з розміром вічок не більше 12 мм, віджимають графіт, підпалюють і здійснюють повторне використання сорбенту. Відомий також спосіб очищення поверхні води від плівок нафти і нафтородукту [Патент РФ № 2140488, М.кл.6 Е 02 В 15/04, 1999 г]. Відомий спосіб включає підготовку сорбенту - пінографіту з насипною густиною 2-5 кг/м3 шляхом спінювання окисненого графіту при температурі 1100-1200°С безпосередньо на місці збору нафти чи нафтопродукту. Сорбент наносять на забруднену поверхню води горизонтально пульсуючим потоком повітря. На поверхні води сорбент витримують 0,5-3 доби, а потім насичений сорбент збирають вакуумуванням та віджимають. Однак, унаслідок малої насипної густини і великої парусності часток сорбенту з терморозширенного графіту, до 10 % нанесеного сорбенту уноситься потоком повітря, відбитого від поверхні води. Вітер підвищує ступінь віднесення - при швидкості вітру 3-5 м/с він складає близько 20 %, а при 5-10 м/с - 35 %. Тому при нормальній сорбційній ємності сорбенту 40-50 кг нафти на 1 кг сорбенту (40-50 кг/кг), фактична кількість нанесеного на забруднену поверхню сорбенту складає 0,025-0,042 кг/кг, що відповідає сорбційній ємності 20-40 кг/кг. Тобто, має місце підвищена, відносно номінальної, питома витрата сорбенту. Крім того, сорбент, що уносить відбитий від поверхні води потік повітря чи вітер, забруднює прилягаючу до місця аварійного розливу акваторію і берегову зону. Збір насиченого сорбенту вакуумуванням пов'язаний зі значними технічними складностями і необхідністю використання додаткового устаткування. В основу пропозиції поставлене завдання удосконалення способу очищення води від нафти та нафтопродуктів вуглецевим сорбентом, в якому в результаті попереднього змішування сорбенту з водним розчином полівінілацетату, пресування суміші в середньопористі матриці з пального матеріалу та наступного прокалювання матриць, забезпечується утворення сорбційних брикетів достатньо високої механічної міцності та утримання сорбенту на поверхні води і, за рахунок цього, знижується питома витрата сорбенту і ступінь забруднення навколишнього середовища, а також спрощується процес збору насиченого сорбенту. Поставлене завдання вирішене завдяки тому, що в способі очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів вуглецевим сорбентом, що включає одержання сорбенту шляхом спінювання окисненого графіту, нанесення його на забруднену водну поверхню, витримування в контакті із забруднювачем і наступний збір насиченого сорбенту, відповідно до пропозиції, перед нанесенням сорбент змішують з 5-10 %-вим по масі водним розчином полівінілацетату в співвідношенні сорбент-водний розчин 1:(0,5-1,0) по масі, отриманою сумішшю заповнюють середньопористі матриці з пального матеріалу, заповнені матриці піддають прокалюванню при температурі 300 -350°С і отримані сорбційні брикети наносять на забруднену водну поверхню. За рахунок того, що перед нанесенням на забруднену поверхню води сорбент змішують з водним розчином полівінілацетату (ПВА) та запресовують в середньопористі матриці, за рахунок дії "скелету" матриці та зв'язуючих властивостей ПВА утворюються відповідні розмірам матриці брикети, в яких при наступному проколюванні "скелет" з пального матеріалу вигоряє, утворюючи відносно міцні сорбційні брикети, за рахунок чого при транспортуванні, зберіганні та нанесенні сорбенту на забруднену водну поверхню виключаються його втрати, що обумовлює зниження питомої витрати сорбенту та ступінню забруднення сорбентом навколишнього середовища. Крім того, за рахунок того, що сорбційні брикети мають достатню міцність також в насиченому стані та зберігають вихідну форму, значно спрощується процес збору насиченого сорбенту. Пропонований спосіб здійснюють таким чином. Окиснений графіт нагрівають до температури 900-1000°С і в результаті одержують сорбент-терморозширений графіт. До сорбенту при безупинному переміщуванні (наприклад, в рамній мішалці) додають 5-10 % - вий по масі водний розчин ПВА у вигляді аерозольного туману в співвідношенні сорбент - водний розчин ПВА 1:(0,5-1) по масі. Отриманою сумішшю заповнюють (наприклад, пресуванням) середньопористі (розмір пор 4,0-6,0 мм) матриці у формі паралелепіпеду розміром, наприклад, 150х70х30 мм, які виконані з пального матеріалу, наприклад , поліпропілену, поліуретану, капрону та ін. Заповнені сумішшю матриці піддають прокалюванню при температурі 300-350°С протягом 2 годин, внаслідок чого матеріал матриці вигоряє. Отримані таким чином сорбційні брикети наносять на забруднену водну поверхню, потім збирають за допомогою, наприклад, сітки з відповідним розміром вічка, і направляють на утилізацію. Приклад 1 (за способом - прототипом). У прикладі 1 та в подальших прикладах у якості забруднювача використовували дизельне паливо густиною 878,7 кг/м3 та в'язкістю 7,8 пауз. Окиснений графіт нагрівали до температури 1000°С, у результаті чого одержували сорбент терморозширений графіт з насипною густиною 4,0 кг/м3 при номінальній сорбційній ємності по дизельному паливу 48 кг/кг. Потім сорбент наносили на забруднену поверхню води горизонтальним пульсуючим потоком повітря з висоти 0,3 м при швидкості вітру 5 м/с, витримували до повного поглинання (12 годин) і збирали насичений сорбент методом вакуумного отсосу. Показники, видаткові характеристики наведені в таблиці 1. Приклад 2 (за пропонованим способом). Окиснений графіт нагрівали до температури 1000°С, у результаті чого одержували сорбент терморозширений графіт з насипною густиною 4,0 кг/м при номінальній сорбційній ємності по дизельному паливу 48 кг/кг. До сорбенту при безупинному перемішуванні (наприклад, в рамній мішалці) додавали 5 %-вий по масі водний розчин ПВА у вигляді аерозольного туману в співвідношенні сорбент - водний розчин ПВА 1:0,5 по масі. Отриманою сумішшю заповнювали (пресуванням) середньопористу (розмір пор 4-6 мм) матрицю із поліпропілену. Розміри матриці становили 150х60х30 мм. Отримані брикети піддавали прокалюванню при температурі 300°С протягом 2 годин, завдяки чому матеріал матриці вигоряв. Отримані таким чином сорбційні брикети наносили на забруднену водну поверхню, витримували протягом 20 хв. до повного насичення і насичені брикети збирали сіткою. Показники і видаткові характеристики наведені в табл. 1. Приклади 3-5. Як у прикладі 2, але до сорбенту додавали відповідно 3 %, 10 %, 15 %-вий по масі водний розчин ПВА. Показники і видаткові характеристики наведені в табл. 1. Таблиця 1 Порівняння відомого та пропонованого способів очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів вуглецевим сорбентом, та визначення оптимальної концентрації водного розчину ПВА Показники Концентрація водного розчину ПВА Співвідношення сорбент водний розчин ПВА по масі Температура прокалювання Тривалість прокалювання Номінальна сорбційна ємність сорбенту Механічна міцність сорбційних брикетів Ступінь втрат сорбенту при зберіганні, транспортуванні та нанесенні Фактична питома витрата сорбенту Од. вим. Прик. 1 Прик. 2 Прик. 3 Прик. 4 Прик. 5 % по масі 5,0 3,0 10,0 15,0 1:0,5 1:0,5 1:0,5 1:0,5 °С 300 300 300 300 год. 2,0 2,0 2,0 2,0 кг/кг 48,0 44,0 46,0 42,0 48,0 кг/см 0,28 0,01 0,30 0,008 % 30,0 4,0 25,0 3,0 30,0 кг/кг 0,03 0,023 0,029 0,024 0,029 З наведених в табл. 1 даних випливає, що при концентрації водного розчину ПВА 3,0 % по масі сорбційні брикети мають відносно малу механічну міцність, що обумовлює високу ступінь втрат сорбенту і високу (0,029 кг/кг) питому витрату сорбентів. При концентрації водного розчину ПВА 15,0 % по масі не вдавалось отримати аерозольний туман розчину, що обумовило малу механічну міцність сорбційних брикетів, високу ступінь витрат сорбенту та його високу питому витрату (0,029 кг/кг). Таким чином оптимальний діапазон концентрації водного розчину ПВА становить 5,0-10,0 % по масі. Приклади 6-8. Як у прикладі 2, але 5 %-вий водний розчин ПВА додавали до сорбенту в співвідношенні сорбент - водний розчин відповідно 1:0,3; 1:1; 1:1,5; по масі. Показники та видаткові характеристики наведені в табл. 2. Таблиця 2 Визначення оптимального співвідношення сорбент - 5 %-вий водний розчин ПВА Показники Од. вим. Концентрація водного розчину ПВА % по масі Співвідношення сорбент - водний розчин ПВА по масі Температура прокалювання °С Тривалість прокалювання год. Номінальна сорбційна ємність сорбенту кг/кг Механічна міцність сорбційних брикетів кг/см Ступінь втрат сорбенту при зберіганні, % нанесенні та транспортуванні Фактична питома витрата сорбенту кг/кг Приклад 6 5,0 Приклад 7 5,0 Приклад 8 5,0 1:0,3 1:1 1:1,5 300 2,0 47,0 0,029 300 2,0 42,0 0,031 300 2,0 36,0 0,035 25,0 2,5 2,0 0,028 0,024 0,028 З наведених в табл. 1 (приклад 2) та табл. 2 даних випливає, що при співвідношенні сорбент - 5 %-вий водний розчин ПВА 1:0,3 по масі сорбційні брикети мають відносно низьку механічну міцність, що обумовлює високу ступінь втрат сорбенту і його високу питому витрату (0,028 кг/кг). При співвідношенні сорбент - 5 %-вий водний розчин ПВА сорбційні брикети мають низьку сорбційну ємність, що також обумовлює високу питому витрату сорбенту. Таким чином, оптимальне співвідношення сорбент - водний розчин ПВА становить 1:(0,5-1,0) по масі. Приклади 9-11. Як у прикладі 2, але прокалювання заповнених сорбентом середньопористих матриць проводили при температурі відповідно 250°С, 350°С та 400°С. Показники та видаткові характеристики наведені в табл. 3. Таблиця 3 Визначення оптимальної температури прокалювання сорбційних брикетів Показники Концентрація водного розчину ПВА Співвідношення сорбент - водний розчин ПВА по масі Температура прокалювання Тривалість прокалювання Номінальна сорбційна ємність сорбенту Од. вим. % по масі Приклад 10 5,0 Приклад 11 5,0 1:0,5 °С год. кг/кг Приклад 9 5,0 1:0,5 1:0,5 250 2,0 44,0 350 2,0 44,0 400 2,0 44,0 Механічна міцність сорбційних брикетів Ступінь втрат сорбенту при зберіганні, нанесенні та транспортуванні Фактична питома витрата сорбенту кг/см2 0,015 0,03 0,03 % 23,0 3,0 3,0 кг/кг 0,029 0,023 0,023 З наведених в табл. 1 (приклад 2) та табл. 3 даних випливає, що при температурі прокалювання 250°С сорбційні брикети мають відносно малу механічну міцність, що обумовлює високу ступінь витрат сорбенту та його високу питому витрату (0,029 кг/кг). При температурі прокалювання 400°С характеристики сорбційних брикетів та питома витрата сорбенту дорівнюють показникам при температурі прокалювання 350°С, але при цьому підвищуються витрати енергії. Таким чином, оптимальний діапазон значень температур прокалювання становить 300-350°С. Таким чином, з наведених в табл. 1-3 випливає, що пропонований спосіб очищення поверхні води від нафти та нафтопродуктів вуглецевим сорбентом дозволяє за допомогою сорбційних брикетів на 15-20 % знизити питому витрату сорбенту, зменшити ступінь забруднення навколишнього середовища вуглецевим coрбентом та спростити процес збору насиченого сорбенту.