Mazlova_E.A._i_dr._Ochistka_stochnyh_vod_na_predpriyatiyah_neftegazovogo_kompleksa

2.Лица, работающие с комплектом, должны пройти инструктаж по технике безопасности и противопожарной безопасности в соответствии с правилами техники безопасности, действующими на объекте эксплуатации.

3.Лица, работающие с комплектом, должны изучить устройство составных частей и правила их эксплуатации.

4.Перед подключением к сети электропитания необходимо убедиться в наличии заземления генератора и технологического блока.

г). Порядок использование установки

Подготовка установки к работе

1.Закрепите генератор на рабочем месте в вертикальном положении.

2.Установите технологический блок в рабочем положении.

3.Убедитесь в отсутствии внешних повреждений, целостности разъемов и соединителей.

4.Выполните соединения в соответствии с рис. 1.

5.Проверьте затяжку хомутов на шлангах системы охлаждения и подсоединение шлангов к штуцерам.

Внимание! Подвод охлаждающей жидкости к преобразователю осуществляется только через нижние штуцеры.

6. Включите поток жидкости через технологический блок.

Включение установки

7.Подайте охлаждающую жидкость в систему охлаждения преобразователя.

8.Включите генератор в соответствии с указаниями в руководстве по эксплуатации.

9.Установите частоту, равную резонансной частоте технологического блока.

10.Включите силовой блок.

11.Доведите выходную мощность генератора до требуемой величины.

12.При необходимости подстройте генератор на резонансную частоту.

Отключение установки

13.Уменьшите выходную мощность генератора до минимальной (около 30%).

14.Отключите силовой блок.

15.Отключите блок управления генератора.

16.Отключите подачу охлаждающей жидкости в системе охлаждения.

17.Для полного выключения комплекта отключите внешнее питающее напряжение и автоматический выключатель внутри корпуса генератора.

11

Внимание! После проведения работ перед транспортированием или отправкой составных частей на хранение необходимо удалить охлаждающую жидкость из преобразователей технологического блока.

Лабораторная установка очистки воды

Лабораторная установка состоит из двух блоков: блока очистки загрязнённый воды

(рис. 3).

Рис. 3. Схема лабораторной установки по очистке воды: 1 – механическая мешалка, 2 – регулятор оборотов, 3 – стакан с очищаемой водой, 4 – лопасти мешалки.

Методика приготовление реактивов

Раствор коагулянта сульфата алюминия, 1 %-ый раствор: навеску 19,5 г

Al2(SO4)3·18H2O, соответствующую 10 г безводного сульфата алюминия Al2(SO4)3,

помещают в мерную колбу вместимостью 1000 мл, растворяют при нагревании до 80 °С в

300-500 мл дистиллированной воды, охлаждают и доводят до метки дистиллированной водой.

Гидроксид натрия NaOH, 0.1M

Серная кислота H2SO4, 0.1M

Приборы и химическая посуда: мерные колбы на 1000 мл (2 шт); стеклянные стаканы на 250 мл (4 шт); мерные цилиндры на 200 мл (4 шт); мешалки для перемешивания очищаемой воды (4 шт); лабораторный рН-метр; пипетки градуированные; стаканчики для взвешивания (бюксы) низкие (6 шт); чашки фарфоровые по вместимостью 100 - 150 см3 (6 шт); эксикатор; шкаф сушильный общелабораторного назначения; печь муфельная; плитки электрические; пинцеты.

12

Методика приготовления загрязнённой минерализованной воды

Для выполнения лабораторной работы приготавливается модельная загрязненная минерализованная воды в процессе интенсивного перемешивания воды бентонитом в концентрации 1 г/л воды в результате получается коллоидная дисперсия взвешенных частиц в воде. Перед началом эксперимента отбирается проба исходной загрязнённой воды для определения мутности на спектрометре.

После определения рН загрязнённой воды при необходимости корректируют эту величину до оптимальной в зависимости от используемого минерального реагента.

Рекомендуется оптимальное значение рН среды загрязнённый воды доводить до наибольшего значения оптимального диапазона, так как после окончания процесса коагуляции рН загрязнённый воды снижается на 2-3 единицы. Корректировку рН среды загрязнённый воды проводят добавлением концентрированного раствора едкого натра.

Реагентная обработка сточной воды

Проведите эксперименты с реагентами сульфатом алюминия Al2 (SO4) и сульфатом железа FeSO4, согласно плану приведенным в табл. 2.

В четыре стакана наливают 200 мл исследуемой воды, затем в них добавляют раствор сульфата алюминия Al2 (SO4)3 в различной дозировке (0,3 мл, 0,4 мл и 0,5 мл) или сульфата железа Fe SO4, 0,2 мл, 0,3 мл и 0,4 мл).

Содержимое всех стаканов интенсивно перемешивают мешалками в течение 30-40

с, а затем пробу оставляют для отстаивания, наблюдая за процессом хлопьеобразования.

Через 30 мин. из каждого стакана пипеткой отбирают пробы по 50 мл из верхнего слоя, не взмучивая осадок. В отобранных пробах определяют мутность.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией состоит из следующих стадий:

приготовление растворов коагулянтов в воде, дозирование их в сточную воду, смешение реагентов со сточной водой; хлопьеобразование и осаждение хлопьев.

Определение степени очистки от взвешенных и растворенных примесей

Взвешенные вещества — это вещества, которые остаются на фильтре при использовании того или иного способа фильтрования. Общепринятым является отнесение к ним частиц минерального и органического происхождения, остающихся на фильтре при фильтровании пробы через фильтр с диаметром пор 0,45 мкм [РД 52.24.468-2005].

Взвешенный бумажный фильтр помещают в воронку, смачивают небольшим количеством дистиллированной воды для хорошего прилипания и фильтруют отмеренный объем тщательно перемешанной анализируемой воды.

13

По окончании фильтрования дают воде полностью стечь, затем фильтр с осадком трижды промывают охлаждённой дистиллированной водой порциями не более 10 см3,

осторожно вынимают пинцетом и помещают в тот же бюкс, в котором его взвешивали до фильтрования. Фильтр высушивают 2 ч при 105 °C, охлаждают в эксикаторе и, закрыв бюкс крышкой, взвешивают. Повторяют процедуру сушки, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,5 мг при массе осадка менее 50 мг и 1 мг при массе более

50 мг.

Измерение общего содержания примесей

Общее содержание примесей - сумма всех растворенных и взвешенных веществ,

которые определяют выпариванием нефильтрованной пробы воды, высушиванием полученного остатка при 105 °C до постоянной массы и взвешиванием.

Гравиметрический метод определения суммарной массовой концентрации растворенных и взвешенных веществ (общего содержания примесей) основан на выпаривании известного объёма нефильтрованной анализируемой воды на водяной бане,

высушивании остатка при 105 °C до постоянной массы и взвешивании. Массовую концентрацию растворенных веществ (сухой остаток) можно определить расчётным методом.

Гравиметрический метод определения массовой концентрации взвешенных веществ основан на фильтровании пробы воды через фильтр с диаметром пор 0,45 мкм и взвешивании полученного осадка после высушивания его до постоянной массы.

Чашки для упаривания помещают на водяную баню, заполненную дистиллированной водой, в них постепенно приливают тщательно перемешанный отмеренный объем анализируемой воды, содержащий от 10 до 250 мг примесей, и

упаривают до объёма 5 - 10 см3. Упаренную пробу количественно переносят в тигель,

промывая чашку 2 - 3 раза дистиллированной водой порциями по 4 - 5 см3. Упаривают пробу в тигле досуха.

После выпаривания дно тигля для удаления загрязнения обтирают фильтровальной бумагой, смоченной раствором соляной кислоты, и ополаскивают дистиллированной водой.

Тигли переносят в сушильный шкаф, сушат при 105 °С в течение 2 ч, охлаждают в эксикаторе, закрывают крышками и взвешивают. Повторяют процедуру сушки и взвешивания до тех пор, пока разница между взвешиваниями не будет менее 0,5 мг.

Массовую концентрацию взвешенных веществ в воде X, мг/дм3, рассчитывают по формуле:

14

Таблица 2. План проведения экспериментов с реагентом Al2(SO4)

б) Составьте табл. 4 где приводятся возможные комбинации проведения экспериментов с различными дозами сульфата железа FeSO4 при различных режимных параметрах УЗО.

Отчет работы по определению рациональных параметров очистки модельных сточных вод должен содержать:

а) влияние рН среды на степень очистки;

б) зависимости степени очистки η от дозы реагент D, т.е. η = f (D) при наиболее рациональных параметрах УЗ обработки (интенсивность I и время обработки t);

в) зависимости степени очистки η от интенсивности I и время обработки t, т.е. η = f (I, t) при наиболее рациональной дозе реагента.

г) выводы по работе.

16

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие химические процессы лежат в основе метода коагуляции?

2.Каков механизм процесса очистки СВ коагуляцией?

3.От чего зависит скорость коагуляции?

4.Какие физико-химические факторы могут приводить к коагуляции дисперсных

систем?

5.Как протекает электрохимическая коагуляция? Сущность процесса? Какие коагулянты Вы знаете?

6.Как используют очистку СВ коагуляцией на предприятиях? Опишите стадии

процесса.

7.Какие способы измерения мутности воды существуют? Что происходит в природных водоёмах при повышенной мутности воды?

8.Как влияют различные факторы (наличие твёрдой фазы, растворенных примесей,

перемешивание и др.) на степень очистки?

9.Какие упругие волны относятся к ультразвуковому диапазону? Какие диапазоны ультразвуковых волн Вы знаете?

10.Как выглядит типовая блок-схема ультразвуковой установки? Как она работает?

11.Как определить количество энергии введенную в жидкую среду при ее ультразвуковой обработке?

ЛИТЕРАТУРА

1.Запольский, А.К.; Баран, А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Свойства, получение, применение. Л.: Химия, 1987. 208 с.

2.Голямина И.П. Ультразвук. – М.: Советская энциклопедия, 1979. – 400 с.

3.Муллакаев М.С. Ультразвуковая интенсификация процессов добычи и переработки нефти, очистки нефтезагрязненных вод и переработки нефтешламов. - М.:

НИИ ИЭП, 2019. - 412 с.

17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ ВОД ОТ

РАСТВОРЕННЫХ ПРИМЕСЕЙ МЕМБРАННЫМИ ПРОЦЕССАМИ

Цель работы. Изучить процессы очистки сточной воды на обратно осмотической установке от ионов растворенных примесей.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Сущность явления осмоса заключается в том, что, если по разные стороны полупроницаемой мембраны, способной пропускать только молекулы воды, находятся водные растворы солей с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный. При этом если оба раствора находятся под внешним, одинаковым давлении (например,

атмосферном), то из-за явления осмоса, т.е. в результате процесса проникновения воды через мембрану, наблюдается повышение уровня жидкости в более концентрированном растворе. Эта разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется «осмотическим давлением».

Если же на раствор с большей концентрацией начать воздействовать внешним давлением, которое будет превышать осмотическое, то молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный. Этот процесс называется

«обратным осмосом».

С точки зрения технологических процессов очистки воды обратный осмос относится к мембранным массообменным процессам с поперечным током, в котором поток исходной воды разделяется на два потока – «чистую» воду – пермеат и «грязную» воду – концентрат. При этом отношение количества полученного пермеата (очищенной воды) и количества исходной воды, выраженное в процентах (англ. recovery of a reverse osmosis), называют: степенью извлечения пермеата (очищенной воды) или выходом пермеата (очищенной воды).

Хотя технология обратного осмоса стала достаточно распространенным методом очистки воды, механизм транспортировки соли и воды через мембрану остается постоянным объектом для дискуссий. В свое время было предложено несколько моделей транспорта воды и солей через ОО-мембрану, общие положения которых будут кратко рассмотрены ниже.

18

Наиболее простая и легкая для понимания модель ОО-процесса – модель «сита» или модель молекулярно-ситового разделения. Эта модель предполагает, что соль и вода разделяются на мембране за счет разницы в физических размерах между молекулами воды, соли и размера пор мембраны. Большинство обывателей предпочитают именно эту концепцию механизма очистки воды обратным осмосом. Однако следует заметить, что в системах, где солью в основном является хлорид натрия (поваренная соль) размеры молекул соли (т.е. иона натрия и хлорид иона) и воды практически одинаковы. Стало быть, этот факт позволяет исключить модель «ситового» механизма разделения воды.

Другой моделью механизма переноса является модель диффузионного переноса (до сих пор разделяемая некоторыми исследователями), в соответствии с которой и вода, и

растворенные вещества проникают через мембрану за счет диффузии. По этой концепции вода закрепляется на поверхности мембраны за счет водородных связей, и эта пленка препятствует попаданию солей в поры мембраны. Вода же диффундирует с одной стороны мембраны на другую, образуя там такой же барьерный слой. При этом подразумевается, что скорость диффузионного переноса воды больше, чем растворенных веществ.

Наконец третьей концепцией транспортировки ионов через ОО-мембрану является капиллярно – фильтрационная модель селективной проницаемости. Согласно этой модели на поверхности и внутри пор гидрофильной мембраны, помещенной в водный раствор, образуется слой связанной воды. Вода может связываться с материалом мембраны, например, путем образования водородных связей с гидроксильными или карбоксильными группами поверхностного слоя мембраны. Связанная вода, обладая сеткой направленных водородных межмолекулярных связей, полностью заполняет поры обратноосмотических мембран и по своим свойствам существенно отличается от воды в свободном состоянии. Для молекул и ионов растворенных веществ эта вода представляет особую фазу, в которую они проникают с некоторым коэффициентом распределения,

который может быть значительно меньше единицы.

Рисунок 10. Размер частиц d, отделяемых в мембранных процессах

19

Основными параметрами обратноосмотических мембран являются:

Удельная производительность мембраны - количество очищенной воды,

проходящей в единицу времени через единицу площади мембраны. Иными словами, это количество пермеата может произвести 1 кв. м. поверхности мембраны за сутки или за час. Обозначение: G, J. Единицы измерения: м3/м2*день, м3/м2*час (метрическая система); галлон/кв.фут*день (GFD), галлон/кв.фут*час (GFH) (англо-америкаская система).

Селективность определяется как процент растворенного вещества, задержанного мембраной. В обратном осмосе это описывается в терминах отражения NaCl в

определенных рабочих условиях (давление, температура, pH, степень отбора концентрата,

солесодержание).

Солепроницаемость – это процентное отношение количества солей, не задержанных мембраной и «проникших» в процессе обратного осмоса в пермеат, к

количеству солей в исходной воде.

Солезадержание – это процентное отношение количества, растворенных солей,

задержанных мембраной к количеству солей в исходной воде. По сути дела – это 100%

минус солепроницаемость (%). Для однокомпонентного раствора солезадержание равно селективности.

Степень отбора пермеата (выход пермеата) выражается в процентах и определяется отношением объема очищенной воды к объему входящей воды. Иногда используется величина степени отбора концентрата – отношение объема концентрата к объему входящей воды.

В данной лабораторной работе применяются рулонные мембранные элементы,

которые по критерию эффективность/стоимость являются самыми эффективными.

Рулонный элемент (рис.9) представляет собой центральную перфорированную трубку 1, к которой герметично прикреплена внутренняя часть пакета, состоящая из двух между собой склеенных мембран 2 (наружу селективный слой), которые разделены специальной дренажной прокладкой 3. Сетка-сепаратор 4 вместе с пакетом мембран свернуты в тугой рулон и зафиксированы от разматывания.

При работе в торец корпуса аппарата подается исходный раствор, который затем двигается вдоль поверхности мембраны через сетку-сепаратор 4. Функция сетки-

сепаратора – поддержание оптимального расстояния между турбулизации движения раствора и мембранами. С противоположного конца выводится концентрат. А пермеат движется по дренажной прокладке 3, которая располагается между мембранами, потом движется к центру элемента и затем выводится по фильтроотводной трубе 1.

20