Наноструктурированные сорбенты для очистки воды от нефтепродуктов и способ очистки воды Российский патент 2023 года по МПК C02F1/28 B82Y30/00 

Изобретение относится к методам очистки воды и может быть использовано при утилизации промышленных и бытовых стоков.

Из патента №2317843 RU известен фильтрующий материал, который содержит в качестве основы полимерный волокнистый материал, полученный путем электроформования, модифицированный частицами гидрата окиси алюминия, закрепившимися на поверхности волокон основы для улучшения его сорбционных свойств и придания ему электроположительного заряда. Получение фильтрующего материала осуществляют путем модифицирования полимерной волокнистой основы, полученной методом электроформования, для чего на полимерный волокнистый материал наносят исходный материал на основе алюминия, затем осуществляют гидролиз последнего, в ходе которого на полимерном волокнистом материале образуются и закрепляются частицы гидрата окиси алюминия. Нетканый полимерный волокнистый материал, имеет, предпочтительно, диаметр волокна 1,0-3,0 мкм, а частицы гидрата окиси алюминия, закрепленные на поверхности волокон нетканого полимерного волокнистого материала, имеют размер 0,2-5,0 мкм.

Из патента №2123086 RU известен способ очистки воды и суши от разлившейся нефти и нефтепродуктов, сущность которого состоит в том, что предварительно готовят сорбирующий материал путем обработки природного графита хромовой кислотой и резистивным нагревом с пусковым током 90А и рабочим 25-35 А, полученный пухоподобный материал диспергируют в толще воды под всплывшим слоем нефтепродуктов или разбрасывают материал по поверхности, загрязненной нефтепродуктами, после сорбции нефтепродуктов его собирают для регенерации и отжимают, полученные нефтепродукты можно использовать по прямому назначению.

Из патента №2182118 RU известен способ очистки воды от нефтепродуктов, который включает изготовление пористого сорбционного материала на основе природных минералов (шунгит, перлит, трепел, диатомит, опоки) с размером частиц менее 500 мкм и термопластичных гидрофобных полимеров с размером частиц менее 300 мкм. Природный минерал смешивают с термопластичным полимером в соотношении на 100 вес.ч. минерала 25-130 вес.ч. полимера, полученной смесью заполняют пресс-формы определенной конфигурации (диски, цилиндры, ленты, пластины) и подвергают термообработке при температуре плавления полимера в течение 5-40 мин. Для осуществления способа диски, цилиндры или ленты вращают в водной среде, загрязненной нефтепродуктами, в процессе вращения налипающие на поверхность нефтепродукты постоянно снимают скребковыми устройствами. Сорбирующий материал в виде пластин погружают в воду, загрязненную нефтепродуктами, и выдерживают столько времени, пока концентрация нефтепродуктов в воде не достигнет допустимого значения (0,05 мг/л). После насыщения сорбента нефтепродукты из сорбирующего материала удаляют вакуумированием или центрифугированием, после чего сорбционный материал используют вновь. Эффективность непрерывного способа очистки воды от нефтепродуктов составляет 99,6-99,8%.

Из заявки на патент №94025822 RU известен способ очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающий фильтрацию через загрузку, содержащую шунгит, отличающийся тем, что в качестве загрузки используют смесь шунгита с отходами шунгизитового производства при следующем соотношении компонентов, об.%:

Шунгит 92-99,

Отходы шунгизитового производства 1-8.

Из патента 2126714 RU известен сорбент для очистки вод от нефти и нефтепродуктов, включающий модифицированную смесь торфа, цеолита и пенографита смесью анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ при следующем соотношении компонентов, мас.%: торф - 90-95; цеолит - 4-8; смесь анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ - 0,5-1,5; пенографит - 0,1-1,5.

Основных надостатков у указанных аналогов два: уменьшение срока работы мембранных фильтров за счет налипания частиц, либо дороговизна реагентов поверхностно-активных веществ

Целью изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, а также увеличение срока службы фильтров тонкой очистки.

Цель достигается за счет использования свойств наноразмерных кристаллических структур. А именно предлагается сорбент на основе природных нерудных материалов, цианит, шунгит, каменный уголь. За счет этого достигается большое время жизни коллоидного раствора сорбента, и как следствие, повышенное время взаимодействия сорбента с загрязнениями. Также повышена площадь взаимодействия, а при переходе к размерам менее 100 нм в значительной степени проявляются неоднородности распределения заряда в частицах фракции, что приводит к повышению сорбции за счет электростатического взаимодействия частиц сорбента и молекул загрязнения. Все это приводит к повышению эффективности очистки.

Цель также достигается за счет способа очистки, в полной мере реализующего свойства предлагаемого сорбента. Предлагаемый способ заключается в протоке очищаемой воды через систему очистки, и включает в себя стадию предварительной очистки сточной воды от механических загрязнений, и стадию глубокой очистки от нефтепродуктов. Стадию глубокой очистки включает в себя предварительную подготовку стока, заключающуюся в определении концентрации загрязнителя, загрузку сорбента в концентрации, превосходящей в 10-30 раз по массе концентрацию загрязнителя и механическое перемешивание сорбента и очищаемой воды в камере сорбции, механическое отделение частиц на выходе из системы очистки. Причем природные нерудные материалы представлены фракцией с максимальным поперечным размером от 1/10 до 1 размера наименьших частиц нефтепродукта-загрязнителя. За счет этого электрически нескомпенсированные частицы загрязнений оказываются покрыты наночастицами сорбента, и в меньшей степени взаимодействуют с мембранами фильтров. Также способ характеризуется тем, что проток очищаемой воды производят со скоростью от 0,5 до 5 мм/сек, концентрацию сорбента в камере сорбции непрерывно поддерживают на указанной выше уровне концентрации за счет подачи сорбента и непрерывного контроля концентрации загрязнителя, при этом температуру воды в камере сорбции поддерживают в диапазоне от 0 до 60 градусов Цельсия. За счет этого достигается высокая эффективность взаимодействия загрязнителя и сорбента. После камеры сорбции очистка воды осуществляется в механическом фильтре мембранного типа, или на основе обратного осмоса.

Осуществление изобретения

Сорбент для очистки воды на основе природных нерудных материалов, цианит, шунгит, каменный уголь, берут во фракции с максимальным поперечным размером от 1 нм до 100 нм. Указанную фракцию приготовляют из природного материала с использованием методов механического дробления в мельнице, и дальнейшего просеивания/фильтрафии.

Система очистки воды включает в себя трубопроводы подачи воды, входной фильтр, емкость камеры сорбции, выходной механический фильтр. Входной фильтр осуществляет предварительную очистку воды от механических загрязнений.

Трубопроводы подачи включают в себя систему оценки концентрации и размеров частиц загрязнителя на основе динамического рассеяния света и пропускания света. Информация о размере и концентрации загрязнителя используется в системе дозированной подачи сорбента, которая подает сорбент в камеру сорбции. Камера сорбции, в свою очередь, оснащена механической мешалкой, системой термостабилизации воды. Выходной механический фильтр может быть традиционным для данной отрасли, основаным на системе обратного осмоса, мембранных фильтрах ультра- или нанофильтрации.

Пример

На очистку подается вода ливневого стока нефтехимического предприятия.

Исходная вода поступает на стадию предподготовки, где происходит очистка на, например, самопромывных сетчатых фильтрах с тонкостью фильтрации 300 микрон.

Далее поступает на стадию ультрафильтрации. Исходная вода характеризуется следующими показателями: температура 20-25°С, давление не более 0,15 МПа. Номинальный расход воды на установку - 165 м³/ч.

Определяют уровень загрязнения. Например, в результате оценки загрязнителя установлено, что после предварительно фильтрации механических примесей средний размер частицы загрязнителя составляет 500 нм с нормальным распределением в шириной на полувысоте 300 нм. Концентрация составила 100 мг/л.

В камеру сорбции к очищаемой воде добавлялся в качестве коагулянтся цеолит с размером частиц от 1 до 100 нм для поддержания концентрации сорбента 1000 мг/л. Скорость протока воды составляла 2 мм/с, температура жидкости в камере поддерживалась на уровне 40 градусов Цельсия.

Блок дозирования коагулянта состоит из емкости (например, ПЭ, еврокуб) и насоса-дозатора, например, Dostec. Насос-дозатрр установлен у основания емкости. Производительность насоса - дозатора 4,5 л/ч, давление - до 10 бар. Блок дозирования работает в постоянном режиме. Расход коагулянта регулируется в зависимости от расхода исходной воды с поправкой на качество исходной воды.

Далее вода поступает на обессоливание в стадию очистки обратного осмоса.

В результате степень очистки составила до 98% при остаточной концентрации растворенных нефтепродуктов до 2 мг/л.

Изобретение относится к методам очистки воды и может быть использовано при утилизации промышленных и бытовых стоков. Способ очистки воды от нефтепродуктов с использованием наноструктурированных сорбентов на основе шунгита, цеолита, каменного угля включает стадию предварительной очистки сточной воды от механических загрязнений и стадию глубокой очистки от нефтепродуктов. Стадия глубокой очистки включает в себя определение концентрации загрязнителя, загрузку сорбента в концентрации, превосходящей в 10-30 раз по массе концентрацию загрязнителя, механическое перемешивание сорбента и очищаемой воды в камере сорбции и механическое отделение частиц на выходе из системы очистки. Наноструктурированные сорбенты представлены фракцией с максимальным поперечным размером от 1/10 до 1 размера наименьших частиц нефтепродукта-загрязнителя. Обеспечивается повышение эффективности очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, а также увеличение срока службы фильтров тонкой очистки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ очистки воды от нефтепродуктов с использованием наноструктурированных сорбентов на основе природных нерудных материалов шунгит, цеолит, каменный уголь, заключающийся в протоке очищаемой воды через систему очистки и включающий в себя стадию предварительной очистки сточной воды от механических загрязнений, и стадию глубокой очистки от нефтепродуктов, отличающийся тем, что стадия глубокой очистки включает в себя предварительную подготовку стока, заключающуюся в определении концентрации загрязнителя, загрузку сорбента в концентрации, превосходящей в 10-30 раз по массе концентрацию загрязнителя после очистки от механических загрязнений, механическое перемешивание сорбента и очищаемой воды в камере сорбции, механическое отделение частиц на выходе из системы очистки.

2. Наноструктурированный сорбент для очистки воды от нефтепродуктов по способу по п. 1, на основе природных нерудных материалов шунгит, цеолит, каменный уголь, отличающийся тем, что природные нерудные материалы представлены фракцией с максимальным поперечным размером от 1/10 до 1 размера наименьших частиц нефтепродукта-загрязнителя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проток очищаемой воды производят со скоростью от 0,5 до 5 мм/сек, концентрацию сорбента в камере сорбции непрерывно поддерживают на указанной выше уровне концентрации за счет подачи сорбента и непрерывного контроля концентрации загрязнителя, при этом температуру воды в камере сорбции поддерживают в диапазоне от 0 до 60 градусов Цельсия, после камеры сорбции очистка воды осуществляется в механическом фильтре мембранного типа или на основе обратного осмоса.