Методическое пособие 817

УДК 622.867.324:658.567.1

Д. А. Плотников, В. В. Мамаев

ВЛИЯНИЕ ДЕСОРБЦИИ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ НА СТЕПЕНЬ ОЧИСТКИ ДРЕНАЖНЫХ ШАХТНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО ПРОДУКТА ОТХОДОВ САМОСПАСАТЕЛЕЙ

Исследовано влияние десорбции угольной кислоты на степень очистки шахтных вод с использованием кислород содержащего продукта ОКЧ-3 отходов самоспасателей на химически связанном кислороде. Произведен анализ полученных опытным путем показатели общей щёлочности и жесткости до и после декарбонизации дренажной шахтной воды (шахт им. А. Ф. Засядько и им. М. И Калинина) практически предварительно показатели обработанные барботирования регенеративным раствор продуктом (воде ОКЧ-3) продуктом отходов представлены самоспасателей.

Исследованием по умягчению шахтных вод Донбасского региона, типичными представителями могут быть ш-та им. Засядько А. Ф., ш-та им. Калинина М. И. и др., регенеративным продуктом отходов самоспасателей на химически связанном кислороде [1] основным компонентом которого является надпероксида калия (КО2) – 85 %, показал, что в умягченной дренажной шахтной воде, выдержанной более 24 часов, увеличение содержания карбонат-ионов происходит в меньшей степени. Предположительно причиной данного явления может быть высокое содержание в дренажной шахтной воде диоксида углерода, который удаляется из воды в процессе самодегазации [2].

Проведены исследования по изменению показателей качества воды – удаление соединений жесткости реагентным методом, измерению общей щелочности до и после декарбонизации в дренажных шахтных водах шахт «им. А. Ф. Засядько» и «им. М. И. Калинина». Обработка шахтной воды проводилась раствором реагента, приготовленным из отходов самоспасателей ШСС-1, содержащих в качестве кислородсодержащего компонента – ОКЧ-3 (супероксид калия – 85-88 %), растворенного в дистиллированной воде реагента концентрацией 40 г/дм3. Подготовленный реагент в разных количествах от 1 до 7 мгэкв/дм3 постепенно дозировался в пробы шахтной воды, объем шахтной воды с раствором доводился до объема 50 мл. Перед исследованием образцы обработанной воды отфильтровывались обеззоленными фильтрами ФМ – 125 мм «синяя лента». Барботаж производился в декарбонизаторе, расход воздуха нагнетаемого аспиратором составил 0,245 м3/ч.

Состав дренажных вод на шахтах им. «А. Ф. Засядько» и им. «М. И. Калинина» практически идентичен. Данный факт, подтверждается результатами лабораторных исследований по отбору проб и анализу промышленных стоков, предоставленных шахтами. Следовательно, показатели очистки дренажных шахтных вод в проведенном исследовании справедливы для обеих шахт.

Показатели умягчения и щелочности дренажной шахтной воды регенеративным раствором после декарбонизации представлены на рис. 1.

400

ныхаже

Рис. 1. Показатели умягчения и щелочности дренажной шахтной воды регенеративным раствором до декарбонизации: 1 – содержание карбонат-ионов мг-экв/дм3,

y = 1,28x + 2,94; R2=0,83; 2 – содержание гидрокарбонат-ионов , мг-экв/дм3,

y = -0,56x + 5,36; R2=0,82; 3 – содержание гидроксид-ионов, мг-экв/дм3, y = 0,58x - 1,54; R2=0,76; 4 – содержание ионов жесткости, мг-экв/дм3, y = -0,61x + 6,49; R2=0,83

Показатели умягчения и щелочности обработанной дренажной шахтной воды регенеративным раствором после декарбонизации представлены на рис. 2.

Приведенные на рис. 1 и 2 данные показывают, что обработанная раствором реагента дренажной шахтной воды, после декарбонизации, имеет пониженные показатели по содержанию ионов жесткости, а также содержанию гид- рокарбонат-ионов. Удаление диоксида углерода способствует значительному снижению карбонатной жесткости шахтной воды (около 25-30 %).

401

Рис. 2. Показатели умягчения дренажной шахтной воды регенеративным раствором после декарбонизации: 1 – содержание карбонат-ионов мг-экв/дм3, y = 1,83x + 2;

R2=0,92; 2 – содержание гидрокарбонат-ионов, мг-экв/дм3, y = -0,68x + 7,15; R2=0,94;

3 – содержание гидроксид-ионов, мг-экв/дм3, y = 0,089x2 - 0,6x + 0,51; R2=0,9; 4 – содержание ионов жесткости, мг-экв/дм3, y = 11,049е(-0,282x); R2=0,91

Однако, снижение содержания двуокиси углерода, в теории, должно неизбежно привести к ухудшению очистки шахтной воды от хлорида кальция и магния, вследствие того, что основным действующим компонентом регенеративного продукта является гидроксид калия (KOH) и при его взаимодействии с диоксидом углерода (CO2) образуется вещество карбонат калия (K2CO3) нейтрализующее хлорид кальция (СaСl2) и хлорид магния (MgCl2) находящиеся в воде [3].

Реакция образования карбонат калия (K2CO3):

402

Таким образом, установлено, что декарбонизация шахтной воды при условии одновременной очистки воды регенеративным продуктом отходов самоспасателей, в случаях наличия большого количества таких солей, как хлорида кальция (СaСl2) и хлорида магния (MgCl2) находящиеся в воде может быть не эффективна [4], вследствие снижения концентрации карбонат калия (K2CO3) в декарбонизированной шахтной воде.

Литература

1.Плотников, Д. А. Использование отходов шахтных самоспасателей для снижения карбонатной жесткости шахтной воды [Текст] / Д. А. Плотников // Вести Автомобильнодорожного института, АДИ ДонНТУ – Донецк, 2020. – №3 (34). – С.62-72.

2.Ларин, Б. М. Оценка эффективности декарбонизации добавочной воды атмосферными деаэраторами./ Б. М. Ларин, А. Б. Ларин // Журнал: «Теплоэнергетика» № 2, – 2015. –

С.77-84.

3.Tianfu Xu*, John A. Apps, Karsten Pruess. Numerical simulation of CO2 disposal by mineral trapping in deep aquifers // Earth Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, Berkeley, CA 94720, USA. – Applied Geochemistry 19 (2004), pp. 917–936.

4.Scale inhibition properties of metallic cations on CaCO3 formation using fast controlled precipitation and a scaling quartz microbalance / M. Gritli, H. Cheap-Charpentier, O. Horner, H. Perrot, Y. B. Amor // Desalination and Water Treatment. – 2019. – V. 167. – P. 113-121.

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, Макеевка

D. A. Plotnikov, V. V. Mamaev

INFLUENCE OF DESORPTION OF CHARCOAL ACID ON THE DEGREE OF PURIFICATION OF DRAINAGE SHAFT WATER USING OXYGEN-CONTAINING PRODUCT OF WASTE RECOVERY

The effect of desorption of carbonic acid on the degree of purification of mine waters using oxygen-containing product OKCH-3 wastes from self-rescuers using chemically bound oxygen was studied. The analysis of the empirically obtained indicators of total alkalinity and hardness before and after decarbonization of mine water (mines named after A.F. Zasyadko and named after M.I. Kalinin) pretreated with a regenerative product (OKCh-3) of self-rescuers waste.

Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture, Makeevka

403

УДК 504.054:621.89

О. Н. Кузнецова, Д. Е. Фролов

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОС ТИ В МЕСТАХ ХРАНЕНИЯ (СКЛАДО В, БАЗ) ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ М АТЕРИАЛОВ

Аварийные разливы нефтепродуктов в местах хранения складов горючесмазочных материалов пр едставляют серьезную угрозу для окружающей среды. Одним из эффективных методов л иквидации разливов нефтепродуктов с по верхности почвы является сорбционный. В статье представлены результаты исследо ваний сорбционных свойств нового сорбента, который является отходом производства.

Одним из приорите тных направлений деятельности человека и государства в современном общес тве является сохранение природно й среды и поддержания ее качества для благоприятной жизни населения. Осо бое место в этом вопросе отводится разли вам нефти и нефтепродуктов, кот орые вносят свой вклад в отравление приро ды. Такие разливы происходят пр актически во всех сферах деятельности чело века, где используются, хранятся, п еревозятся, производятся, перерабатываются нефтепродукты.

На территории РФ ежегодно потребляется около 500 м лн.т нефтепродуктов [1], хранящиеся в специализированных резервуарах на с кладах или базах горюче-смазочных материалов (ГСМ), которые являются основной составляющей современной инфраструктуры, где требуется заправка авт омобильного грузового транспорта, самолетов, военной техники и др. (рисунок).

Использование топлива в современной инфраструктуре

За последние десяти летия количество транспорта неуклонно растет, что приводит к увеличению заправочных станций и обслуживающ их пунктов. В результате их ежедневной д еятельности возникают различные ситуации, которые могут привести к разливам нефтепродуктов, приводящие к созданию опасных экологических последствий.

Не смотря на выполнения всех мероприятий по безопасности хранения, в местах расположения складов, возможны розливы по следующ им причинам:

–образование свище й при коррозии металла;

–износ резинокордных материалов;

404

–нарушение требований технической эксплуатации;

–нарушение требований при сливе нефтепродуктов;

–диверсионные акты.

Врезультате нефтепродукты быстро распространяются по поверхности земли, оказывая негативное воздействие на окружающую среду, так как нефтепродукты относятся к числу наиболее опасных химических загрязнителей. При попадании даже малых концентраций их на почву происходит нарушение всех процессов почвы, приводящие к нарушению среды обитания всех живых организмов и нарушая ее биологические свойства, приводящие к снижению плодородия

Согласно природоохранным документам на территории всех складов ГСМ проводятся мероприятия по предотвращению разливов нефтепродуктов, но проблема все равно остается актуальной. Поэтому необходимы мероприятия, которые быстро и эффективно могли бы ликвидировать и локализовать разлив нефтепродуктов. Одним из перспективных направлений по решению этой проблемы является сбор разлитой нефтепродуктов с поверхности почвы при помощи сорбентов. В настоящее время рынок предлагает широкий ассортимент сорбентов. В зависимости от химического состава сорбенты делятся на природные (на основе угля, торфа, отходов зерновых культур) и синтетические (на основе различных видов полимеров). Однако известные сорбенты имеют недостатки, такие как высокая стоимость, низкий показатель извлечения нефтепродукта с поверхности почвы. Кроме того, не решена проблема по утилизации отработанных сорбентов с поглощенным нефтяным загрязнителем, которые образуются в результате нейтрализации разливов. Основным способом по утилизации отработанных сорбентов является сжигание их, что приводит к загрязнению атмосферного воздуха токсичными газами [2].

Вцелях совершенствования технологий по ликвидации разливов нефтепродуктов и увеличения сырьевой базы сорбентов и снижения их стоимости, авторами предлагается сорбент, который является отходом нефтеперерабатывающего производства, а именно отход, образованный при производстве присадок к индустриальным маслам.

На сегодняшний день на предприятиях нефтеперерабатывающего комплекса накоплено большое количество таких отходов, которые складируются на специализированных площадках, оказывая негативное воздействие на окружающую среду.

Анализ отходов производства присадок показал, что это высокоминерализованные смеси, содержащие минеральные и органические компоненты. Химический состав представлен в табл. 1.

405

не нарушается. Также в пробах не было обнаружено и нефтепродуктов, что свидетельствует о полном извлечении их из почвы и является определяющим показателем для определения оптимальных условий процесса.

Кроме исследования химического состава, были определены и сорбционные свойства сорбента: нефтеемкость, водопоглощение и возможность повторного использования. Одним из основных показателей является нефтеемкость, т.е. способность поглощать нефтепродукты. Для этого предлагаемый сорбент небольшим количеством поливали нефтепродуктом (искусственно загрязняли) до полного насыщения. После насыщения, полученный сорбат взвешивался, и по разности масс определялась масса нефти, которая была поглощена.

Водопоглощение – это способность поглощать воду, он напрямую зависит от нефтеемкости сорбентов, и чем выше водопоглщение, тем ниже нефтеемкость. Для определения водопоглощения сорбент наносили на поверхность воды для насыщения, после определенного времени с помощью сита он собирался и взвешивался, по разности масс до и после определялся данный показатель.

Для определения возможности повторного использования сорбента для очистки почвы от нефтепродукта использованный сорбент промыли и провели его регенерацию. Полученный материал опять обработали нефтепродуктом до полного насыщения и определили нефтеемкость. Поученные результаты исследований приведены в табл. 3.

Таблица 3

Основные свойства предлагаемого сорбента

Анализ показал, что предлагаемый сорбент обладает достаточно высокими сорбционными свойствами, водопоглощение незначительное, а при повторном использовании нефтеемкость снизилась не значительно, тем самым указывает на то, что возможно повторное использование нефтеотхода для сорбции нефтепродуктов.

Таким образом, в результате проведенных исследований сорбционных свойств отхода нефтеперерабатывающего производства, установлено, что данное вещество может быть использовано для ликвидации разливов нефтепродуктов в качестве сорбента. Нефтеемкость отработанного сорбента снизилась не значительно и соответственно он может быть использован повторно как исходное вещество для ликвидации разливов. Кроме того, предлагаемый сорбент доступен и имеет низкую стоимость, так как является отходом.

407

опасность в плане возникновения чрезвычайной ситуации. В связи с чем, одной из основных задач государственной политики в сфере национальной безопасности РФ является обеспечение химической безопасности. Для этого необходимо осуществлять организационные, технические мероприятия, которые должны быть направлены на исключение или снижение опасного воздействия на человека, животных, растений и на окружающую природную среду опасными химическими веществами.

Химическая безопасность включает:

−создание и эксплуатация систем химического контроля за обстановкой самого объекта и территорий вокруг его расположения;

−разработка планов мероприятий по предотвращению и ликвидации химических аварий;

−накопление и поддержание средства индивидуальной защиты органов дыхания и кожи, приборов химической разведки, дегазирующих веществ в полной готовности;

−поддержание в готовности к использованию средств коллективной защиты, которые могут обеспечивать защиту людей от аварийно опасных химических веществ (АХОВ);

−организация и проведение мероприятий по подготовки действий в случае химических аварий специальными аварийно-спасательными подразделениями и персонала на химически опасных объектах.

Одним из первых мероприятий по обеспечению химической безопасности является создание и эксплуатация систем контроля за химической обстановкой

врайонах расположения химически опасных объектов. Для осуществления данного мероприятия необходимо проводить химическую разведку, чтобы получить информацию о состоянии природных сред в зонах расположения опасного объекта и для оценки возможных рисков на человека и окружающую природную среду.

Главная цель химической разведки – это обеспечение органов управления чрезвычайной ситуацией достоверной информацией о факте заражения и сложившейся химической обстановке, которые необходимы для своевременного оповещения населения о заражении, принятия мер защиты, а также определения наиболее целесообразных способов действий в создавшейся обстановке [1].

В настоящее время существующие технические средства химической разведки и контроля, которые находятся во всех ведомствах, контролирующих за состоянием окружающией среды, не дают полной информации. Для повышения качества передаваемой информации о реальной обстановке необходимо использовать дистанционные средства и комплексы химической разведки совместно с локальными датчиками.

Из-за огромного количества токсичных химических веществ (ТХВ), аварийно опасных химических веществ, которые необходимо контролировать, требуются автоматизированные системы для дистанционной разведки, которые бы работали совместно с существующими локальными датчиками. В настоящее

время локальные датчики размещаются:

409