Электронно-лучевая обработка в комбинированных процессах очистки стоков от нефтепродуктов и СПАВ

Проблематика транспортных систем

109

7) автоматизировать расчет регулировочных параметров для ТРЦ при использовании электронной версии проектной документации, представленной в отраслевом формате технической документации (ОФ ТД) и разработанной с применением автоматизированного рабочего места проектировщика АРМ ПТД.

Библиографический список

1. Брылеев А.М., Кравцов Ю.А., Шишляков А.В. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. - М.: Транспорт, 1978.

2. Аркатов В.С., Кравцов Ю. А., Степенский Б.М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. - М.: Транспорт, 1990.

3. Дмитриев В.С., Минин В.А. Системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты. - М.: Транспорт, 1992.

УДК 541.15.539.21

И. В. Васильева, Н. И. Якимова, С. В. Мякин, В. Ю. Соловьев,

Р. С. Косенко

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА В КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ СТОКОВ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ И СПАВ

Для удаления загрязнений сложного состава в больших концентрациях использование ускорителя электронов в технологической схеме часто является наиболее эффективным способом обработки в режиме реальных технологических, энергетических и экономических расходов. Рассматриваемый метод обеспечивает эффективную очистку загрязненных водных систем не только за счет прямого воздействия ускоренных электронов на органические соединения, но и за счет их реакций с продуктами радиолиза воды.

очистка, транспорт, нефтесодержащие стоки, электронно-лучевая обработка.

Введение

В настоящее время в технологиях водоочистки используют различные методы: физико-механические (отстаивание, фильтрация), химические, или реагентные (нейтрализация, высаливание, коагуляция, экстракция), физикохимические (сорбция, флокуляция, флотация), биологические, электрофизические (электрокоагуляция, электрофлотация, обработка под воздействием излучений и полей - ионизирующих, УФ, УЗ, магнитных и т. д.) [1].

В ряде случаев для удаления загрязнений сложного состава в больших концентрациях использование ускорителя электронов в составе технологической схемы становится единственным способом осуществления эффективной обработки в режиме реальных технологических, энергетических и экономиче-

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/2

110

Проблематика транспортных систем

ских расходов [2], [3]. Рассматриваемый метод обеспечивает эффективную очистку загрязненных водных систем не только за счет прямого воздействия ускоренных электронов (УЭ) на органические соединения, но и за счет их реакций с продуктами радиолиза воды [3].

1 Исследование возможности очистки стоков сложного состава транспортной отрасли

1.1 Объекты исследования и приборное обеспечение

Объектами исследования явились:

водные эмульсии отработанного масла SAE 10W40

R

Электронно-лучевую обработку водно-органических сред проводили с использованием ускорителя электронов резонансно-трансформаторного типа РТЭ-1В (производства НИИЭФА им. Д. В. Ефремова, Санкт-Петербург).

Воздействию ускоренных электронов подвергали жидкости в атмосфере воздуха в тонком слое или в воздушно-капельном состоянии при энергии 900 кэВ, токе 0,3—1,0 мА при варьировании значений поглощенной дозы в интервале 15-240 кГр.

Коагуляцию осуществляли при использовании электрокоагулятора с алюминиевыми электродами. В качестве сорбента применяли углеродную смесь высокой реакционной способности (УСВР).

Характеристики водно-органических систем исследовали методом УФ-спектроскопии с использованием спектрофотометров СФ-2000 и СФ-46.

При исследовании степени содержания масла в эмульсоле углеводороды предварительно экстрагировали органическим растворителем, затем проводили спектрофотометрический количественный анализ полученного раствора.

УФ-спектр отработанного масла SAE 10W40 в CCI4 имеет монотонный характер без каких-либо максимумов поглощения.

Для калибровки использовали линейную концентрационную зависимость оптической плотности при длине волны 340 нм.

1.2 Результаты исследования

В настоящей работе исследован ряд параметров процессов извлечения трудно перерабатываемых традиционными методами органических загрязнений (эмульгированные углеводороды и СПАВ) при использовании электроннолучевой обработки в качестве основной стадии комбинированных схем.

Обработка под воздействием ускоренных электронов осуществлялась в сопоставлении и в сочетании с использованием сорбционной и электрокоагуляционной очистки.

2006/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

111

Спектр водных растворов ОП-10 характеризуется наличием максимума поглощения при длине волны 276,5 нм; эта длина волны использована для калибровки и исследований.

Калибровочные измерения оптической плотности позволили выявить ступенчатый характер концентрационной зависимости, свидетельствующий о том, что разбавленные (при концентрациях менее 10 ) растворы ОП-10 являются истинными, в то время как при повышении концентрации имеет место мицеллообразование.

Извлечение масла из эмульсии осуществляли различными способами в соответствии с несколькими технологическими схемами.

Сорбция с использованием УСВР и последующей механической фильтрацией привела к резкому снижению содержания масла в эмульсоле с ростом содержания сорбента.

Зависимость на рисунке 1 имеет плато при содержании УСВР 25-33%, что обусловлено, по-видимому, агломерацией частиц УСВР.

Рис. 1. Зависимость степени извлечения масла от содержания УСВР при сорбционной очистке без дополнительной обработки

В целом использование УСВР приводит к достаточно высокой степени извлечения масла, однако расходы сорбента в этом случае примерно в несколько десятков раз превышают объём перерабатываемого эмульсола.

Электронно-лучевая обработка эмульсии показала возможность резкого (примерно в 10 раз) снижения концентрации масла при минимальной поглощённой дозе 15 кГр, в то время как при высоких значениях поглощенной дозы (выше 100 кГр) наблюдается тенденция к превращению масла в окисленные соединения с высоким коэффициентом экстинкции, что сопровождалось повышением оптической плотности (рис. 2).

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/2

112

Проблематика транспортных систем

Рис. 2. Влияние электронно-лучевой обработки на содержание масла в эмульсии

2 Комплексные схемы обработки масло- и СПАВсодержащих растворов

2.1 Маслосодержащий раствор

Комплексные схемы включали следующий порядок технологических операций:

сорбция на УСВР - фильтрование - электронно-лучевая обработка (поглощенная доза 15 кГр) - электрокоагуляция (ЭК);

сорбция на УСВР - фильтрование - электрокоагуляция - электроннолучевая обработка - повторная электрокоагуляция. Полученные результаты представлены в таблице 1.

2006/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

113

ТАБЛИЦА 1. Зависимость степени извлечения масла SAE 10W40 из эмульсии от концентрации сорбента УСВР и содержания масла в исходном растворе С

[УСВР], об.% УСВР УСВР+ЭК УСВР+ЭК+УЭ У СВР+ЭК+УЭ+ЭК

С, % Степень извлечения, % С, % Степень извле- чения, % С, % Степень извле- чения, % С, % Степень извлечения, %

0 0,064 - 0,012 81,2 0,005 92,2 0,004 93,8

20 0,050 21,8 0,004 93,8 0,005 92,2 0,004 94,8

25 0,034 46,1 0,003 95,3 0,003 95,3 0,001 98,4

33 0,031 51,5 0,002 96,9 0,002 96,9 0,001 98,4

50 0,029 54,6 0,002 96,9 0,001 98,4 0,001 98,4

67 0,003 95,3 0,001 98,4 0,001 98,4 0,00008 99,8

Результаты, представленные в таблице 1 (в сравнении с процессами, проводимыми без использования УЭ) и на рисунке 1, свидетельствуют о том, что применение комбинированного метода очистки, включающего электроннолучевую обработку, позволяет значительно снизить расход сорбента при достижении степеней извлечения масла, близких к 100%.

2.2 СПАВсодержащий раствор

При использовании растворов ОП-10 для извлечения растворенного ПАВ применяли электронно-лучевую обработку или ее же в сочетании с электрокоагуляцией, механической фильтрацией и реагентной обработкой, основанной на взаимодействии с сульфатом железа и пероксидом водорода в щелочной среде (реакция Фентона).

Эксперименты по электрокоагуляции показали, что для достижения приемлемых степеней очистки необходимо длительное (более часа) время (рис. 3), т. е. промышленное внедрение процесса невозможно без дополнительных усилий по увеличению производительности.

Как и в случае эмульсии масла SAE 10W40, при электронно-лучевой обработке ОП-10 наблюдали экстремальную зависимость оптической плотности от поглощенной дозы. Повышение прозрачности соответствовало минимальной дозе 15 кГр, в то время как при более высоких значениях оптическая плотность возрастает по причине образования продуктов окислительной деструкции ПАВ, обладающих более высоким поглощением в сравнении с исходным ОП-10.

Аналогичная тенденция к возрастанию оптической плотности с ростом интенсивности процесса наблюдалась также при сочетании электронно-лучевой обработки с электрокоагуляцией и абсорбцией и, кроме того, при проведении процесса в условиях аэрации, когда воздействию ускоренных электронов подвергали раствор ОП-10 в воздушно-капельном состоянии.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/2

114

Проблематика транспортных систем

Рис. 3. Зависимость оптической плотности раствора ОП-10 от времени электрокоагуляции

Реагентный метод является перспективным по отношению к очистке водных сред, содержащих органические примеси, и позволяет достигать степеней извлечения свыше 99%, однако требует большого расхода реагентов и связан с необходимостью их последующего удаления, что существенно снижает его эффективность. Так, для полного окисления одного моля ОП-10 (210 г) необходимо 60 моль (9,12 кг) FeSO4, 60 моль (2,04 кг) H2O2 и 144 моль (5,76 кг) NaOH. В то же время при сочетании электронно-лучевой обработки с последующей реагентной были получены положительные результаты, когда при поглощенной

+3

дозе 15 кГр в присутствии Fe (150 г/л) с последующим введением NaOH степень извлечения ОП-10 составила 99,56%.

Заключение

В целом результаты показывают, что электронно-лучевая обработка обеспечивает существенное повышение эффективности традиционных методов очистки воды от органических примесей. Поскольку зависимость эффективности очистки от параметров электронно-лучевой обработки имеет немонотонный характер, необходимым условием достижения высоких степеней извлечения примесей является оптимизация условий проведения процесса.

2006/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем 115

Библиографический список

1. Берне Ф., Кордонье Ж. Водоочистка. - М.: Химия, 1997. - 288 с.

2. Васильев И.А., Нечаев А.Ф., Персинен А.А. Радиационная технология: потенциал использования пиковолновой энергии для охраны здоровья и защиты окружающей среды. -СПб.: СПбГТИ «ИК Синтез», 2000. - 242 с.

3. Application of electron beam to treatment of wastewater from papermill / H. S. Shin, Y. R. Kim, D. S. Han, I. E. Makarov, A. V. Ponomarev, A. K. Pikaev // Radiation Physics and Chemistry. - 2002. - Vol. 65. Iss. 4-5, 539-547.

4. Gehringer P., Eschweiler H. The dose rate effect with radiation processing of water - an interpretative approach // Radiation Physics and Chemistry. - 2002. - Vol. 65. - Iss. 4-5, 379-386.

УДК 629.423.31:621.314.6883

Е. К. Галанов, Е. К. Яковенко, М. К. Филатов, Ю. А. Кытин

ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ- И ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЛИВА ТЯЖЁЛЫХ НЕФТЕЙ

Предложен способ прогревания тяжёлых нефтей, повышающий эффективность их слива из железнодорожных цистерн. Способ заключается в нагревании массы нефти с помощью СВЧ- или ИК-излучения, что обеспечивает значительную экономию тепловой энергии, необходимой для нагревания тяжёлых нефтей в холодное время года. Проведен расчёт температурных полей пристенного слоя нефти на заключительной стадии слива нефти из цистерны.

теплообмен, инфракрасное излучение, высокочастотное излучение, тяжёлые нефти, слив нефтей.

Введение

Слив тяжёлых нефтепродуктов (различных сортов мазута, гудрона, полугудрона, автолов; компрессорного, авиационного масла) из железнодорожных цистерн с объёмом котла 50 и 60 м производится путём нагревания этих продуктов (при температуре окружающего воздуха ниже 0°С). Парафинистые нефтепродукты подогревают обычно на 10°С (и более) выше температуры их застывания. Для нефтей температура застывания зависит от содержания в них твёрдых углеводородов и смолистых веществ. Открытый самотёчный слив жидких грузов из цистерн происходит через сливные приборы.

Слив тяжёлых нефтей в холодное время года осуществляется в течение примерно 10 часов (даже при разогреве) и представляет собой трудоёмкую и энергоёмкую операцию. Существует несколько способов разогрева нефтей в цистерне: с помощью пара, который подаётся через верхний колпак; путём прогревания нижней части оболочки цистерны. При всех этих способах нагревания

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/2