7. Определяем концентрацию нефтепродуктов в мг/дм3 .
Рис. 3.3.2.2.Последовательное расположение патронов при анализе
3.4. Методика расчетов
Концентрацию нефтепродуктов (мг/дм3) в анализируемой воде вычисляем, используя формулу:
С = K · L (11)
где С - концентрация нефтепродуктов в анализируемой пробе воды, мг/дм3;
К - коэффициент преобразования, мг/(дм3× мм); L - длина окрашенного индикаторного слоя ИТ – НП, мм.
Таблица 3.4.1.
Коэффициенты преобразования для различных диапазонов
| Диапазон измерения | Коэффициент преобразования |
| 0,05 - 0,6 мг/дм3 | 0,026 |
| 0,5 - 6 мг/дм3 | 0,18 |
| 5 - 50 мг/дм3 | 1,8 |
Для определения размеров капель в водомасляной эмульсии использовался микроскоп Levenhuk 40L и цифровая камера DCM-35 с разрешением 0,3 МПикс. (размер кадра – 640х480 Пикс.). Микроскоп подключался к компьютеру через программу ScopePHoto и делался кадр, затем производился расчет размера капель в программе Excel.
При расчете значений удельной производительности мембраны и селективности используются следующие формулы:
(12) где Q – производительность при давлении 3 бара; n – количество мембран (n = 4); r – радиус мембраны (r = 5 мм), h-высота мембран(h=800 мм)
Для расчета коэффициента очистки при сорбционно – коалесцентном разделении используем формулу:
. 
(13)
где Кф. – коэффициент очистки; С – концентрация масла в пермеате, мг/л; Сисх – концентрация масла в исходной эмульсии, мг/л.
4.Экспериментальная часть
4.1.Основные параметры процесса
В результате исследований на лабораторной установке были выявлены основные параметры процесса.
Эксперименты по определению оптимального рабочего давления проводились при комбинации «Мегасорба» и мембран. В результате экспериментов оптимальное давление выбрано 3 бара и удельная производительность мембран при заданном давлении составляет:
,
где Q – производительность при давлении 3 бара; n – количество мембран (n = 4); r – радиус мембраны (r = 5 мм), h-высота мембран(h=800 мм)
Эксперименты по определению оптимальной производительности проводились только на «Мегасорбе». В результате экспериментов была выбрана производительность 52 л/ч.
Скорость в аппарате при данной производительности равна:
где Q – выбранная оптимальная производительность – 52 л/ч; d – диаметр аппарата, d = 150 мм = 0,15 м.
При исследовании процесса разделения водо-маслянных эмульсий необходимо изучение зависимостей производительности, концентрации пермеата и коэффициента разделения от времени проведения эксперимента при различных концентрациях исходных эмульсий 2 мг/л, 5 мг/л и 20 мг/л.
4.2.Устойчивость эмульсий
При исследовании процесса разделения водо-маслянных эмульсий необходимо убедиться в устойчивости эмульсии.
При помощи программы измеряли размер и количество капель эмульсии масло в воде в течении времени при концентрациях 5 и 20 мг/л.
Ниже представлены графики зависимости количества капель эмульсии от размера частиц в разные периоды времени при исходной концентрации 5мг/л.
Рис.4.2.1.Зависимость количества капель от размера частиц при t=30мин и Сисх= 5мг/л
Рис.4.2.2.Зависимость количества капель от размера частиц при t=60мин и Сисх= 5мг/л
\
Рис.4.2.3.Зависимость количества капель от размера частиц при t=120мин и Сисх= 5мг/л
Рис.4.2.4.Зависимость количества капель от размера частиц при t=180мин и Сисх= 5мг/л
Рис.4.2.5.Зависимость количества капель от размера частиц при t=240мин и Сисх= 5мг/л
Рис.4.2.6.Зависимость количества капель от размера частиц при t=3,5суток и Сисх= 5мг/л
Объединив выше указанные графики на рисунке 4.2.7. показана зависимость размера капель эмульсии с концентрацией 5 мг/л от времени
Рис. 4.2.7. Зависимость размера капель эмульсии с концентрацией 5 мг/л от времени.
Ниже представлены графики зависимости количества капель эмульсии от размера частиц в разные периоды времени при исходной концентрации 20мг/л.
Рис.4.2.8.Зависимость количества капель от размера частиц при t=30мин и Сисх= 20мг/л
Рис.4.2.9.Зависимость количества капель от размера частиц при t=60мин и Сисх= 20мг/л
Рис.4.2.10.Зависимость количества капель от размера частиц при t=120мин и Сисх= 20мг/л
Рис.4.2.11.Зависимость количества капель от размера частиц при t=180мин и Сисх= 20мг/л
Рис.4.2.12.Зависимость количества капель от размера частиц при t=230мин и Сисх= 20мг/л
Рис.4.2.13.Зависимость количества капель от размера частиц при t=3,5суток и Сисх= 20мг/л
Объединив выше указанные графики на рисунке 4.2.14. показана зависимость размера капель эмульсии с концентрацией 20 мг/л от времени
Рис.4.2.15.Зависимость размера капель эмульсии с концентрацией 20 мг/л от времени.
В результате исследований можно сделать вывод о достаточной устойчивости эмульсии, что дает нам возможность работать с данной эмульсией.
4.3.Разделение эмульсии при комбинации «Мегасорба» и мембран в «Мегасорбе»
Исследуем параметры работы лабораторной установки в зависимости от времени при исходной концентрации 2, 5 и 20 мг/л при комбинации «Мегасорба» и мембран в «Мегасорбе»
Наполняем бак 20-тью литрами водопроводной воды и добавляем 2 мг/л моторного масла ОЙЛРАЙТ М – 63/14Г, затем 5 и 20 мг/л.
Замеряем расход, температуру и концентрацию пермиата с помощью установки «Лилия-1».
Таблица 4.3.1.
Параметры работы лабораторной установки в зависимости от времени при исходной концентрации 2 мг/л при комбинации «Мегасорба» и мембран в «Мегасорбе»
| t , мин | Q перм , л/ч | С, мг/л | Кф | J, м3/ч м2 |
| 60 | 16,2 | 0,18 | 10,9 | 0,162 |
| 120 | 10 | 0,077 | 25,9 | 1 |
| 150 | 9,6 | 0,067 | 29,8 | 0,096 |
| 180 | 9,1 | 0,045 | 44,4 | 0,091 |
Исходя из таблицы 4.3.1. на рисунке 4.3.1. приведена зависимость производительности установки от времени работы и на рисунке 4.3.2. зависимость коэффициента очистки от времени работы при исходной концентрации 2 мг/л
Рис 4.3.1. Зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 2 мг/л
Рис 4.3.2. Зависимость коэффициента очистки от времени работы при исходной концентрации 2 мг/л
Таблица 4.3.2.
Параметры работы лабораторной установки в зависимости от времени при исходной концентрации 5 мг/л при комбинации «Мегасорба» и мембран в «Мегасорбе»
| t , мин | Q перм , л/ч | С, мг/л | Кф | J, м3/ч м2 |
| 60 | 82,7 | 1,2 | 4,06 | 0,83 |
| 120 | 82,3 | 1 | 4,85 | 0,82 |
| 150 | 74,8 | 0,9 | 5,44 | 0,75 |
| 180 | 61,9 | 0,5 | 9,47 | 0,62 |
Исходя из таблицы 4.3.2.на рисунке 4.3.3. приведена зависимость производительности установки от времени работы и на рисунке 4.3.4. зависимость коэффициента очистки от времени работы при исходной концентрации 5 мг/л
Рис 4.3.3. Зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 5 мг/л
Рис. 4.3.4. Зависимость коэффициента очистки от времени работы при исходной концентрации 5 мг/л
Таблица 4.3.3.
Параметры работы лабораторной установки в зависимости от времени при исходной концентрации 20 мг/л при комбинации «Мегасорба» и мембран в «Мегасорбе»
| t , мин | Q перм , л/ч | С, мг/л | Кф | J, м3/ч м2 |
| 60 | 8,7 | 1,8 | 11,86 | 0,087 |
| 120 | 6,9 | 1 | 21,16 | 0,069 |
| 150 | 6 | 0,5 | 43,33 | 0,06 |
| 180 | 4,8 | 0,4 | 50,55 | 0,048 |
Исходя из таблицы 4.3.3.на рисунке 4.3.5. приведена зависимость производительности установки от времени работы и на рисунке 4.3.6. зависимость коэффициента очистки от времени работы при исходной концентрации 20 мг/л
Рис 4.3.5.Зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 20 мг/л
Рис 4.3.6. Зависимость коэффициента очистки от времени работы при исходной концентрации 20 мг/л
4.4.Разделение эмульсии на мембранах
Исследуем параметры работы лабораторной установки в зависимости от времени при исходной концентрации 2, 5 и 20 мг/л при работе только мембран.
Таблица 4.4.1.
Параметры работы лабораторной установки в зависимости от времени при исходной концентрации 2 мг/л при работе мембран
| t , мин | Q перм , л/ч | J ,м3/ч м2 |
| 10 | 16,9 | 0,169 |
| 30 | 15,2 | 0,152 |
| 60 | 14,1 | 0,141 |
| 90 | 10,9 | 0,1 |
| 120 | 9,3 | 0,093 |
| 150 | 9,2 | 0,092 |
| 180 | 9,2 | 0,092 |
На рисунке 4.3.7.,основываясь на данных таблицы 4.4.1. приведена зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 2 мг/л
Рис 4.4.1.Зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 2 мг/л
Таблица 4.4.2.
Параметры работы лабораторной установки в зависимости от времени при исходной концентрации 5 мг/л при работе мембран
| t , мин | Q перм , л/ч | J ,м3/ч м2 |
| 10 | 49,5 | 0,495 |
| 30 | 48,7 | 0,487 |
| 60 | 44,5 | 0,445 |
| 90 | 42,2 | 0,422 |
| 120 | 41,9 | 0,419 |
| 150 | 38,3 | 0,383 |
| 180 | 38 | 0,38 |
На рисунке 4.4.2., основываясь на данных таблицы 4.4.2., приведена зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 5 мг/л
Рис 4.4.2.Зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 5 мг/л
Таблица 4.4.3.
Параметры работы лабораторной установки в зависимости от времени при исходной концентрации 20 мг/л при работе мембран
| t , мин | Q перм , л/ч | J ,м3/ч м2 |
| 10 | 9,8 | 0,098 |
| 30 | 8,2 | 0,082 |
| 60 | 7,4 | 0,074 |
| 90 | 7,4 | 0,074 |
| 120 | 6,3 | 0,063 |
| 150 | 5,2 | 0,052 |
| 180 | 4,2 | 0,042 |
На рисунке 4.4.3. приведена зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 20 мг/л
Рис 4.4.3.Зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 20 мг/л
4.5.Сравнение производительности установок
Для сравнения производительности установок работающих только на мембранах и при комбинации «Мегасорб» и мембрана, на рисунках 4.5.1.-4.5.3. приведена совмещенная зависимость производительности установки от времени работы при исходных концентрациях 2, 5 и 20 мг/л.
Рис. 4.5.1. Совмещенная зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 2 мг/л..
Рис. 4.5.2. Совмещенная зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 5 мг/л
Рис.4.5.3.Совмещенная зависимость производительности установки от времени работы при исходной концентрации 20 мг/л.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что при комбинированным методе (сочетание работы «Мегасорба» и мембран) улучшает производительность по сравнению с работой только мембран
5.Вывод
· В процессе экспериментальной работы была исследована и доказана устойчивость эмульсии масло-вода при концентрациях 5 и 20 мг/л.
· Комбинация «Мегасорб» и мембраны в «Мегасорбе» при разделении водомасляной эмульсии с исходной концентрацией масла порядка 2, 5 и 20 мг/л, позволяет добиться высокой эффективности очистки и наиболее низкой степенью замасливания мембран.
· В результате экспериментов для осуществления последней стадии очистки воды использовалась керамическая микрофильтрационная мембрана КМФЭ-1. Мембрана обладала высокой селективностью разделения > 99%, высокой удельной производительностью и устойчивостью к замасливанию.
· .В работе доказано, что комбинация «Мегасорб» и мембраны в «Мегасорбе» обладает более высокой производительностью, селективностью и устойчивостью к замасливанию мембран по сравнению с разделением эмульсии только на мембранах. Этот эффект достигнут благодаря дополнительной коалесценции на «Мегасорбе», который обволакивает мембраны со всех сторон.
Список литературы
1.Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его
экологические последствия / В.М. Гольберг, В.П. Зверев, А.И. Арбузов [и
др.]. – М.: Наука, 2001. – 125 с.
2 Косач П. В. Формирование и очистка поверхностных и моечных
сточных вод (на примере Москвы) / П.В. Косач, Е.В. Алексеев // Сантехника.
– 2001. – № 3. – С. 50–53.
3. Анапольский В.Н., Олиферук С.В., Романенко А.П. Очистка нефтесодержащих сточных вод // С.О.К. («Сантехника. Отопление. Кондиционирование»). – 2011. – № 1. – C. 27–31.
4. Шерман Ф. Эмульсии. М.: Мир, 1972