Шаблон статьи
Скачать статью в pdf.УДК 631.879.34
DOI: 10.15507/0236-2910.028.201802.207-221
Адсорбционно-окислительная технология переработки сточных вод предприятий агропромышленного комплекса
Измайлов Андрей Юрьевич
директор, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (109428, Россия, Москва, 1-й Институтский пр., д. 5), доктор технических наук, академик РАН, ResearherID: H-4602-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-1143-7286, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Лобачевский Яков Петрович
первый заместитель директора по развитию и инновациям, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (109428, Россия, Москва, 1-й Институтский пр., д. 5), доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, ResearherID: H-5863-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7863-2962, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Федотов Анатолий Валентинович
ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией «Энергоэффективные сверхкритические технологии», ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (109428, Россия, Москва, 1-й Институтский пр., д. 5), кандидат технических наук, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Григорьев Виктор Степанович
ведущий научный сотрудник лаборатории «Энергоэффективные сверхкритические технологии», ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (109428, Россия, Москва, 1-й Институтский пр., д. 5), доктор технических наук, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Ценч Юлия Сергеевна
начальник отдела образования научно-технической информации и редакционно-издательской деятельности, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (109428, Россия, Москва, 1-й Институтский пр., д. 5), кандидат педагогических наук, ResearherID: H-5855-2018, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3214-4725, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Введение. В процессе производства и переработки на предприятиях агропромышленного комплекса сельскохозяйственной продукции образуется большое количество отходов, в частности сточных вод. Практически все компоненты этих стоков, имеющие органическую природу, можно эффективно перерабатывать в условиях сверхкритического водного окисления с получением тепловой и электрической энергии. Для этого требуется предварительное концентрирование органических примесей, осуществить которое можно адсорбционным методом. Целью работы является исследование адсорбционной очистки сточных вод с применением наноструктурного бемита и отходов предприятий агропромышленного комплекса с последующей переработкой полученного осадка в условиях сверхкритического водного окисления. Такая технология очистки является новшеством и в отличие от традиционных методов обеспечивает более эффективную переработку сточных вод.
Материалы и методы. Для проведения эксперимента в качестве адсорбентов использовали наноструктурный бемит и отходы предприятий агропромышленного комплекса (лузга гречихи и риса) и коксового производства. Поровую структуру адсорбентов исследовали методом низкотемпературной адсорбции азота. Содержание органических веществ оценивали по показателю химического потребления кислорода. Размер кристаллитов и фазовый состав бемита определяли методом рентгеноскопии. Адсорбцию органических примесей исследовали на пробах кислой молочной сыворотки и образцах стоков фермы крупного рогатого скота и свинофермы, а также спиртовой барды.
Результаты исследования. Экспериментальные исследования показали, что лузга гречихи, риса и отходы коксового производства являются наноструктурными материалами. Наиболее эффективной для измельчения данных материалов является ножевая мельница. Получены изотермы адсорбции органических примесей сточных вод на гречневой лузге и отходах коксового производства. Установлено, что качество очистки стоков возрастает с увеличением площади удельной поверхности и содержания частиц порошка бемита и времени его перемешивания.
Обсуждение и заключения. Исследованные наноструктурные порошки обладают сорбционной емкостью по отношению к растворенным органическим веществам и могут быть эффективно использованы для очистки сточных вод сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий и концентрирования загрязняющих веществ. Последующее окисление насыщенного органикой адсорбента в условиях сверхкритического водного окисления обеспечивает полную регенерацию бемита и переработку органических веществ с получением очищенной воды и избыточной энергии, что перспективно для решения проблемы энергоэффективной очистки стоков предприятий агропромышленного комплекса.
Ключевые слова: органические примеси, наноструктурный бемит, адсорбция, сточные воды, молочная сыворотка, суспензия, гречишная лузга, отходы коксового производства, сверхкритическое водное окисление
Для цитирования: Адсорбционно-окислительная технология переработки сточных вод предприятий агропромышленного комплекса / А. Ю. Измайлов [и др.] // Вестник Мордовского университета. 2018. Т. 28, № 2. С. 207–221. DOI: https://doi.org/10.15507/0236-2910.028.201802.207-221
Благодарности: Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации по Соглашению о предоставлении субсидии № 14.607.21.0126 от 27.10.2015; уникальный идентификатор соглашения RFMEFI60715X0126.
Заявленный вклад соавторов: А. Ю. Измайлов – научное руководство, формулирование основной концепции исследования и структуры статьи; Я. П. Лобачевский – участие в исследованиях, обработка экспериментальных данных, формирование выводов; А. В. Федотов – участие в исследованиях, подготовка текста статьи; В. С. Григорьев – участие в теоретических и практических исследованиях, доработка текста статьи; Ю. С. Ценч – участие в исследованиях, литературный и патентный анализ.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Koda S. Oxidation reactions of solid carbonaceous and resinous substances in supercritical water // J. Supercritical Fluids. 2009. Vol. 47. Р. 400–406.
2. Calculation of critical and engineering parameters for a supercritical water oxidation reaction system / A. E. Rozen [et al.] // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2015. Vol. 9, no. 3. Р. 481–489.
3. Vostrikov A. A., Dubov D. Y., Psarov S. A. Pyrolysis of eicosane in supercritical water // Russian Chemical Bulletin. 2001. Vol. 50. P. 1478–1480.
4. Henrikson J. T., Savage P. E. Water-density effects on phenol oxidation in supercritical water // American Institute Chemical Engineers J. 2003. Vol. 49, no. 3. P. 718–226.
5. Onwudili J. A., Williams P. T. Reaction mechanisms for the hydrothermal oxidation of petroleum derived aromatic and aliphatic hydrocarbons // J. Supercritical Fluids. 2007. Vol. 43. P. 81–90.
6. Preparation and characterization of γ-AlOOH nanotubes and nanorods / H. Hou [et al.] // Nanotechnology. 2005. Vol. 16, no. 6. Р. 741–745.
7. Федяева О. Н., Востриков А. А. Утилизация токсичных органических веществ в сверхкритической воде // Сверхкритические флюиды: теория и практика. 2012. Т. 7, № 1. С. 64–88.
8. Prosmans P. I., Luan L., Buelow S. J. Hydrothermal oxidation of organic wastes using ammonium nitrate // Industrial Engineering Chemistry Research. 1997. Vol. 36. P. 1559–1566.
9. Морфология и размерные параметры нанокристаллов бемита, полученных в гидротермальных условиях / С. А. Кириллова [и др.] // Наноситемы: физика, химия, математика. 2012. № 4. С. 101–113.
10. Электроповерхностные свойства и агрегативная устойчивость водных дисперсий α-А12О3, γ-А12О3 и γ-А1О(ОН) / Е. В. Голикова [и др.] // Поверхность. 1995. № 9. С. 78–79.
11. Долгих О. Г., Овчаров С. Н. Использование углеродных адсорбентов на основе растительных отходов для очистки нефтезагрязненных сточных вод // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2010. № 1. С. 6–12.
12. Toor S. S., Rosendahl L., Rudolf A. Hydrothermal liquefaction of biomass : A review of subcritical water technologies // Energy. 2011. Vol. 36, no. 5. P. 2328–2342.
13. The experimental research on independent starting and autonomous operation of HDTB considered as a basic block of AES based on supercritical hydrothermal destruction / A. D. Vedenin [et al.] // Proceedings of the Scientific-Practical Conference «Research and Development-2016». Moscow, 2016. Р. 171–178.
14. Очистка сточных вод производства целлюлозы из соломы рапса окислением в сверхкритической водной среде / Э. Ш. Гаязова [и др.] // Сверхкритические флюиды: теория и практика. 2014. Т. 9, № 1. С. 40–47.
15. The effect of supercritical water on coal pyrolysis and hydrogen production: A combined ReaxFF and DFT study / J. Zhang [et al.] // Fuel. 2013. Vol. 108. P. 682–690.
16. Combustion of coal particles in H2O/O2 supercritical fluid / A. A. Vostrikov [et al.] // Industrial Engineering Chemistry Research. 2007. Vol. 46. P. 4710–4716.
17. Hydrogen production by sewage sludge gasification in supercritical water with a fluidized bed reactor / Y. Chen [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38. P. 12991–12999.
18. Образование наночастиц Al2O3 при окислении алюминия водой при суб- и сверхкритических параметрах / А. А. Востриков [и др.] // Сверхкритические флюиды: теория и практика. 2010. Т. 5, № 1. С. 12–25.
19. Vostrikov A. A., Fedyaeva O. N. Mechanism and kinetics of Al2O3 nanoparticles formation by reaction of bulk Al with H2O and CO2 at sub- and supercritical conditions // J. Supercritical Fluids. 2010. Vol. 55. P. 307–315.
20. Luminescence of α-Al2O3 and α-AlOOH natural mixtures / J. Garcia-Guinea [et al.] // Radiation Measurements. 2001. Vol. 33. P. 653–658.
21. Ruan H. D., Frost R. L., Kloprogge J. T. Comparison of Raman spectra of bayerite, boehmit, diaspore and gibbsite // Journal of Raman Spectroscopy. 2001. Vol. 32, no. 9. P. 745–750.
22. Hydrothermolysis of brown coal in cyclic pressurization-depressurization mode / O. N. Fedyaeva [et al.] // J. Supercritical Fluids. 2012. Vol. 62. P. 155–164.
23. Превращение бурого угля под действием воды при сверхкритических параметрах / А. А. Востриков [и др.] // Химия твердого топлива. 2007. № 5. C. 30–40.
24. Жумаева Д. Ж. Угольные адсорбенты для очистки сточных вод и их вторичное использование // Universum: химия и биология : электрон. науч. журнал. 2016. Т. 29, № 11.
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
