Применение усовершенствованного процесса окисления при очистке промышленных нефтесодержащих сточных вод

Oct 18, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3420 (2023) Цитировать эту статью

953 доступа

Подробности о метриках

Усовершенствованный процесс окисления посредством процесса фотокаталитического окисления был продемонстрирован в этом исследовании как один из многообещающих методов моделирования очистки нефтесодержащих сточных вод. Было исследовано несколько эффективных факторов, таких как начальная концентрация масла, доза катализатора, скорость перемешивания (об/мин), значение pH и доза перекиси водорода (H2O2), влияющих на скорость фотокаталитического разложения нефтесодержащих сточных вод. В качестве катализатора в работе использовался диоксид титана (TiO2). Растворимость масла в воде повышали с помощью эмульгатора. Результаты показали, что процесс фотокаталитического окисления имеет хороший процент удаления масла из нефтесодержащих сточных вод, достигающий 98,43% при оптимальных рабочих параметрах: начальная концентрация масла 1 г/л, 850 об/мин, pH 8, 3 мл H2O2 и 1,5 г/л. TiO2 после 40 мин облучения. Реакция разложения имеет кинетику первого порядка с коэффициентом корреляции (R2) 93,7%. В конечном итоге, применение процессов фотокаталитического окисления при этих оптимальных рабочих параметрах к промышленным нефтесодержащим сточным водам, собранным из сточных вод Рас Шукаир в Красном Зее, поставляемых Asuit Petrochemical Company, было выполнено в Египте. Результаты показали, что лучшее удаление масла (99%) было достигнуто после добавления 3 мл H2O2 за время реакции 40 минут по сравнению с без добавления H2O2.

Недавний рост активности человека на уровне жилых секторов1, сельскохозяйственного сектора2 и муниципального сектора3 привел к увеличению содержания органических загрязнителей на очистных сооружениях, что приводит к сбросам в водные объекты, не отвечающим критериям безопасности и экологии. Из-за своей опасности сточные воды, загрязненные нефтью, могут нанести реальный вред окружающей среде. В связи с необходимостью увеличения количества заправочных станций для обслуживания растущего числа автомобилей доля загрязненных дизельным топливом/газойлем сточных вод этих предприятий также выросла. У людей, использующих дизельное топливо или газойль, может возникнуть раздражение кожи и глаз, однако дополнительные воздействия недостаточно изучены4. Дизельное топливо является токсичным, поскольку оно содержит полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые могут вызывать рак у человека и наносят вред здоровью человека5. Для сброса нефтесодержащих стоков в поверхностные воды или канализационные системы созданы нормы и правила. Эти законы могут отличаться от одной страны к другой и даже внутри одной страны.

Необходимость очистки сточных вод диктуется глобальным увеличением выбросов грязных сточных вод, строгим контролем за фонтанирующими сбросами и постоянным стремлением к повторному использованию очищенных сточных вод. На выбор методов очистки сточных вод влияют такие факторы, как состав сточных вод, административные проблемы, цены, эффективность очистки и конечное использование сточных вод6. Традиционные методы очистки нефтесодержащих сточных вод включают флотацию растворенным воздухом, эмульгирование, химическую коагуляцию, гравитационное разделение, флокуляцию, седиментацию и биологическую очистку7. Однако эти методы требуют длительного времени отстаивания, огромных земельных площадей и сопряжены с серьезными проблемами при обращении с осадком8. Произведенный ил необходимо будет обрабатывать новыми методами, такими как добавление наночастиц для производства биогаза из ила9, поэтому, в зависимости от качества природной воды и дефицита чистой воды, требуется разработка дешевых технологий очистки сточных вод.

Однако сложно разработать единый метод или процедуру, позволяющую удовлетворить необходимые ограничения на сброс из-за сложности органического содержания нефтесодержащих сточных вод. В связи с этим исследователи постоянно работают над созданием успешной терапевтической стратегии. Усовершенствованные процессы окисления (АОП), альтернатива традиционным методам очистки, были исследованы для очистки сточных вод, загрязненных нефтью. Высокореактивные промежуточные соединения, такие как гидроксильные радикалы (HO·), сульфатные радикалы, O2–·, H2O2 и O3, используются в АОП для повреждения и минерализации органических загрязнителей в сточных водах посредством процессов окисления10. Эти формы кислорода ответственны за окисление и восстановление соединений, прикрепленных к поверхности катализатора. Основным принципиальным механизмом в процессах радикальной обработки АОП на основе УФ-излучения является использование ультрафиолетового света для инициирования генерации гидроксильных радикалов путем прямого фотолиза перекиси водорода (H2O2), реакций фотоФентона или гетерогенного фотокатализа. Для очистки питьевой воды и объектов повторного использования воды созданы и внедрены свои технологии. Кроме того, ученые и исследователи, работающие в области окружающей среды, постоянно исследуют ряд АОП, в том числе связанных с электрохимической обработкой, использованием электронного луча, плазмой, микроволновым излучением и ультразвуком. Такие процессы включают гомогенные и гетерогенные процессы, в которые можно включить УФ-свет для усиления реакции. Этот УФ-свет может быть получен от естественного солнечного света или от искусственного источника лампы. Гомогенные процессы, такие как реагент Фентона, H2O2 и озон, а также гетерогенный фотокатализ с использованием полупроводников, таких как TiO2, Fe2O3, CdS, GaP, ZnS и ZnO11.