Спосіб очищення водоймищ від гідрофобних забруднень

Пропозиція належить до способів очищення водоймищ від гідрофобних забруднень методом сорбції. Спосіб може бути використаний для ліквідації наслідків аварійних розливів нафти і нафтопродуктів, а також інших гідрофобних рідин на поверхні відкритих водоймищ. Відомий спосіб очищення поверхні води від нафти, нафтопродуктів і гідрофобних рідин [Патент РФ №2050329 М. кл.6 С02F 1/28, 1995 г.]. У відомому способі сорбент із терморозширеного графіту наносять на забруднену водяну поверхню шляхом звичайного механічного нанесення (висипання з тари за допомогою лопат, шкребків та ін.). Потім насичений сорбент вилучають з води перфорованим інструментом чи сіткою з розміром вічок не більше 12мм, віджимають графіт, підпалюють і здійснюють повторне використання сорбенту. Відомий також спосіб очищення поверхні води від плівок нафти і нафтопродукту [Патент РФ №2140488, М. кл.6 Е02В 15/04, 1999 г.]. Відомий спосіб включає підготовку сорбенту - пінографіту з насипною густиною 2-5кг/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 терморозширеного графіту, до 40% нанесеного сорбенту уноситься потоком повітря, відбитого від поверхні води. Вітер підвищує ступінь віднесення - при швидкості вітру 3-5м/с він складає близько 20%, а при 5-10м/с - 35%. Тому при номінальній сорбційній ємності сорбенту 40-50кг нафти на 1кг сорбенту (40-50кг/кг), фактична питома витрата сорбенту складає 0,025-0,042кг/кг, що відповідає сорбційній ємності 24-40кг/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 поверхні водоймищ від гідрофобних забруднень, в якому завдяки попередньому перемішуванню вихідного сорбенту з водним розчином карбоксиметилцелюлози (КМЦ) та наступному пресуванню суміші в аркуші забезпечується утримання нанесеного сорбенту на поверхні води і, за рахунок цього, знижується фактична питома витрата сорбенту і ступінь забруднення навколишнього середовища, а також спрощується процес збору насиченого сорбенту. Поставлене завдання вирішене завдяки тому, що в способі очищення водоймищ від гідрофобних забруднень, що включає одержання сорбенту шляхом спінювання окисленого графіту, нанесення його на забруднену 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 карбоксиметилцелюлози у вигляді аерозольного туману в співвідношенні сорбент - водний розчин 1:(0,5-1,0) по масі, отриману суміш пресують в аркуші густиною 20,0-30,0кг/м3 з наступною їх сушкою, а збір насиченого сорбенту здійснюють шляхом скочування аркушів в рулони. За рахунок того, що перед нанесенням на забруднену поверхню води сорбент змішують з водяним розчином КМЦ та пресують в аркуші, які завдяки зв'язуючим властивостям КМЦ мають відносно високу механічну міцність, і потім у вигляді пресованих аркушів наносять на поверхню води, виключається унесення сорбенту повітрям і вітром, тобто зменшується втрата сорбенту, і виключається можливість забруднення навколишнього середовища. Пресовані аркуші мають достатньо високу механічну міцність, що забезпечує надійність їх зберігання, транспортування і маніпулювання з ними при нанесенні на забруднену водну поверхню і, особливо, при зборі насиченого сорбенту. Крім того, значно спрощується операція збору насиченого сорбенту, тому що аркуші можуть скочуватись в рулони. Пропонований спосіб здійснюють таким чином. Окиснений графіт нагрівають до температури 900-1000°С і в результаті одержують сорбент - терморозширений графіт. Потім сорбент змішують в рамній мішалці з 5-10%-вим по масі водним розчином КМЦ в співвідношенні сорбент - водний розчин КМЦ 1:(0,5-1) по масі. При змішуванні водний розчин КМЦ додають до сорбенту в вигляді аерозольного туману. Отриману суміш пресують в прямокутні аркуші густиною 20,0-30,0кг/м3 товщиною 20-50мм, які піддають сушці при температурі не нижче 120°С, та укладають на забруднену водну поверхню з розрахунку 0,02-0,03кг сорбенту на 1кг забруднювача (нафта, нафтопродукти та інші гідрофобні рідини). Пресовані аркуші витримують на поверхні води протягом 10-20хв., при необхідності перевертають, витримують ще протягом 5-10хв. до повного насичення, а потім насичені аркуші безпосередньо на поверхні скочують в рулони і направляють на утилізацію. Межі розмірів аркушів обумовлені зручністю зберігання, перевезення, нанесення та збору. Приклад 1 (за способом прототипом). У якості сорбенту використовували терморозширений графіт з насипною густиною 4,0кг/м3 та номінальною сорбційною ємністю по дизельному паливу 48кг/м3 який одержували шляхом швидкісного нагрівання окисненого графіту до температури 900°С. У якості забруднюючої речовини використовували дизельне паливо густиною 878,7кг/м3 і в'язкістю 7,8пуаз. Отриманий таким чином сорбент наносили на забруднену поверхню води горизонтальним пульсуючим потоком повітря з висоти 0,3м при швидкості вітру до 5м/с, витримували до повного поглинання забруднювача (1 год.) і збирали насичений сорбент методом вакуумного отсосу. Показники і видаткові характеристики наведені в таблиці 1. Приклад 2 (за пропонованим способом). Сорбент з терморозширеного графіту змішували в рамній мішалці з 5%-вим по масі водним розчином КМЦ, який подавали у вигляді аерозольного туману. в співвідношенні сорбент - водний розчин 1:0,5 по масі. Одержану суміш пресували на валковому пресі в аркуші густиною 20,0кг/м3 і розміром 1,0х1,5м, товщиною 20мм. Отримані аркуші піддавали сушці при температурі 120°С протягом 20хв., а потім укладали на забруднену поверхню води, витримували протягом 10хв., потім скочували в рулони і направляли на утилізацію. Показники і видаткові характеристики наведені в таблиці 1. Приклади 3-5 Як у прикладі 2, але сорбент змішували відповідно з 3%, 10%, та 15%-вим водним розчином КМЦ. Показники і видаткові характеристики наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Порівняння відомого та пропонованого способів очищення водоймищ, від гідрофобних забруднень та визначення оптимальної концентрації водного розчину КМЦ Показник Концентрація водного розчину КМЦ Співвідношення сорбент водний розчин КМЦ по масі Густина пресованих аркушів Механічна міцність пресованих аркушів Номінальна сорбційна ємність сорбенту в пресованих аркушах 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 мас. 5,0 3,0 10,0 15,0 1:0,5 1:0,5 1:0,5 1:0,5 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 кг/см 0,05 0,15 0,07 0,21 0,03 кг/кг 40,0 39,0 39,0 36,0 40,0 % 30,0 5,0 26,0 3,0 30,0 кг/кг 0,036 0,027 0,034 0,029 0,036 3 кг/м 2 З наведених в табл. 1 даних випливає, що при концентрації водного розчину КМЦ 3% по масі (приклад 3), внаслідок занадто рідкого розчину пресовані аркуші мають малу механічну міцність, що обумовлює високу ступінь втрат сорбенту, та, в наслідок цього, високу питому витрату сорбенту. При концентрації водного розчину КМЦ 15% по масі, (приклад 5), внаслідок високої густини і в'язкості розчину не вдалось забезпечити утворення аерозольного туману і розчин потрапив в сорбент у вигляді великих крапель. Це обумовило низьку механічну міцність пресованих аркушів, високу ступінь втрат сорбенту та, внаслідок цього, високу питому витрату сорбенту. Таким чином з наведених в табл. 1 (приклад 2) та 2 (приклади 3-5) випливає, що достатньо висока механічна міцність пресованих аркушів і відносно низька питома витрата сорбенту забезпечується при концентрації водного розчину КМЦ 5-10% по масі. Приклади 6-8. Як у прикладі 2, але співвідношення сорбент - 5%-вий водний розчин КМЦ становило відповідно 1:0,3; 1:1; 1:1,5 по масі. Показники і видаткові характеристики наведені в таблиці 2. Таблиця 2 Визначення оптимального співвідношення сорбент - 5%-вий водний розчин КМЦ Показник Концентрація водного розчину КМЦ Співвідношення сорбент - водний розчин КМЦ по масі Густина пресованих аркушів Механічна міцність пресованих аркушів Номінальна сорбційна ємність сорбенту в пресованих аркушах Ступінь втрат сорбенту при зберіганні, транспортуванні та нанесенні Фактична питома витрата сорбенту Од. вим. % по мас. кг/м3 кг/см2 Приклад 6 5,0 1:0,3 20,0 0,05 Приклад 7 5,0 1:1 20,0 0,20 Приклад 8 5,0 1:1,5 20,0 0,30 кг/кг 39,5 36,0 26,0 % 31,0 3,5 2,0 кг/кг 0,036 0,028 0,038 Приклади 9-12. Як у прикладі 2, але до сорбенту додавали - 10%-ний водний розчин КМЦ в співвідношенні сорбент - водний розчин КМЦ відповідно 1:0,3; 1:0,5; 1:1; 1:1,5 по масі. Показники і видаткові характеристики наведені в таблиці3. Таблиця 3 Визначення оптимального співвідношення сорбент - 10%-ний водний розчин КМЦ Показник Концентрація водного розчину КМЦ Співвідношення сорбент - водний розчин КМЦ по масі Густина пресованих аркушів Механічна міцність пресованих аркушів Номінальна сорбційна ємність сорбенту в пресованих аркушах Ступінь втрат сорбенту при зберіганні, транспортуванні та нанесенні Фактична питома витрата сорбенту Од. вим. % по мас. Приклад 9 Приклад 10 Приклад 11 Приклад 12 10,0 10,0 10,0 10,0 1:0,3 1:0,5 1:1 1:1,5 3 кг/м кг/см2 20,0 0,07 20,0 0,21 20,0 0,31 20,0 0,45 кг/кг 39,3 35,0 34,5 24,0 % 28,0 3,0 2,0 0,5 кг/кг 0,037 0,024 0,029 0,042 З наведених в табл. 2, 3 даних випливає, що при співвідношенні сорбент водний розчин КМЦ 1:0,3 (приклади 6, 9) аркуші мають малу механічну міцність, що обумовлює відносно високу ступінь втрати сорбенту (28,0-31,0%) та високу фактичну питому витрату сорбенту (0,036-0,037кг/кг). При співвідношенні сорбент - водний розчин КМЦ 1:1,5 (приклади 8, 12), при високій механічній міцності пресованих аркушів сорбент має незначну номінальну сорбційну ємність (24,0-26,0кг/кг), що також обумовлює відносно високу питому витрату сорбенту (0,0380,042кг/кг). Таким чином, з наведених в табл. 1 (приклад 2), 3 та 4 (приклади 6-12) випливає, що оптимальне співвідношення сорбент - водний розчин КМЦ становить 1:(0,5-1,0) по масі. Приклади 13-16. Як у прикладі 2, але до сорбенту додавали - 10%-ний водний розчин КМЦ в співвідношенні сорбент - водний розчин КМЦ по масі 1:1, а пресовані аркуші мали густину відповідно 15,0; 20,0; 30,0; та 35,0кг/м3. Показники і видаткові характеристики наведені в таблиці 4. Таблиця 4 Визначення оптимальної густини пресованих аркушів Показник Концентрація водного розчину КМЦ Співвідношення сорбент - водний розчин КМЦ по масі Густина пресованих аркушів Механічна міцність пресованих аркушів Номінальна сорбційна ємність сорбенту в пресованих аркушах Ступінь втрат сорбенту при зберіганні, транспортуванні та нанесенні Фактична питома витрата сорбенту Од. вим. % по мас. Приклад 13 Приклад 14 Приклад 15 Приклад 16 10,0 10,0 10,0 10,0 1:1 1:1 1:1 1:1 3 кг/м кг/см2 15,0 0,08 20,0 0,31 30,0 0,42 35,0 0,65 кг/кг 37,0 34,5 33,0 25,0 % 26,0 2,0 0,5 0,0 кг/кг 0,036 0,029 0,03 0,04 З наведених в таблиці 4 даних випливає, що при густині пресованих аркушів 15,0кг/м3 (приклад 13), вони мають відносно малу механічну міцність, що обумовлює відносно високу ступінь втрат сорбенту та відносно значну питому витрату сорбенту (0,036кг/кг). При густині пресованих аркушів 35,0кг/м3 (приклад 16), вони при високій механічній міцності мають незначну сорбційну ємність (25,0кг/кг), що також обумовлює високу питому витрату сорбенту (0,04кг/кг). Таким чином, оптимальна густина пресованих аркушів становить 20,0-30,0кг/м3. З наведених в табл. 1-4 даних випливає, що пропонований спосіб очищення водоймищ від гідрофобних забруднень дозволяє на 17-25% знизити питому витрату сорбенту, значно знизити ступінь забруднення сорбентом навколишнього середовища та спростити процес збору насиченого сорбенту.