Применение для очистки воды магнитных жидкостей из отходов

С.З. Калаева, Н.А. Морозов, Ю.И. Страдомский, В.М. Макаров, А.М. Шипилин, И.Н. Захарова
Ярославский государственный технический университет
г. Ярославль

В последнее время участились случаи аварии танкеров при транспортировке нефтепродуктов и аварии нефтепроводов. В связи с этим проблема сбора нефтепродуктов с поверхности водоемов является весьма актуальной. Известен метод очистки воды от нефтепродуктов с помощью магнитных жидкостей [1]. При этом производятся распыление магнитной жидкости через специальные распылительные устройства на нефтяную пленку и последующий сбор «омагниченных» нефтепродуктов элекромагнитным устройством. Такая технология очистки требует больших объемов используемой магнитной жидкости. Высокая стоимость промышленных магнитных жидкостей, произведенных из «чистого» сырья, является одним из факторов, препятствующих широкому распространению названной природоохранной технологии. Замена магнитной жидкости, синтезированной из «чистого» сырья, аналогичным материалом, полученным в результате утилизации вредных промышленных отходов, является экономически выгодной [2-4].

Полученная на кафедре «Охрана труда и природы» Ярославского государственного технического университета магнитная жидкость из железосодержащих отходов была передана в Ивановский государственный энергетический университет с целью апробации с ее применением способа сбора нефтепродуктов (НП) с поверхности воды в условиях, в большей мере отвечающих реальным требованиям при его промышленной реализации. Применяемая для испытания опытная установка моделировала водную поверхность, площадь которой значительно превышала размеры полюсов магнитосборника (МС), используемого для сбора омагниченных НП. Водный бассейн изготовлен из немагнитного материала, между полюсами электромагнита постоянного тока создается неоднородное магнитное поле.

Бассейн заполняется водой слоем 50 мм, глубина погружения полюсов в воду – 10 мм. К полюсам прикреплялись полосы из листовой стали толщиной 1,5 мм, которые продолжались до боковых стенок бассейна. В качестве НП применялись веретенное масло и сырая легкая нефть Жирновского НПУ Волгоградской области – реальные загрязнители воды. При сборе НП они удалялись из межполюсного зазора МС.

Нефтепродукты на поверхности воды при разливе ограничивались полюсами МС и боковыми стенками бассейна. Омагничивание НП производилось путем разлива и разбрызгивания магнитной жидкости (МЖ). Для обеспечения диффузии МЖ в толщу НП перед подачей напряжения на электромагнит делалась выдержка различной продолжительности. Омагниченный НП под действием магнитного поля втягивался в зону минимального зазора и откачивался оттуда насосом в специальную емкость, тарированную в единицах объема. При этом фиксировалось время разлива (распыления) НП, время выдержки для диффузии МЖ в НП и время сбора омагниченного нефтепродукта.

Изготовленная на основе керосина МЖ при плотности 990-1040 кг/м³ имела намагниченность (М) при различной напряженности магнитного поля, указанные в таблице 1.

Таблица 1

Зависимость намагниченности МЖ от напряженности

магнитного поля

Результаты исследования представлены в таблице 2.

Слой собираемых нефтепродуктов варьировался в диапазоне до 9 мм. Для проверки повторяемости результатов эксперимента сбор НП выполнялся неоднократно с нанесением на воду уже собранного омагниченного НП. Во всех случаях отношение объема МЖ к объему НП было 1:10, чтобы намагниченность насыщения омагниченных НП находилась в пределах 1-1,5 кА/м. Сбор омагниченных НП происходил в условиях неподвижной водной среды.

При эксперименте с веретенным маслом первоначальная толщина пленки НП составляла 1,4 мм по всей поверхности бассейна. Для первого сбора омагниченного НП полное время диффузии МЖ в НП, включающее время распыления и выдержки, составило 7 минут. За 20 минут было собрано 870 мл НП, что составило 79 % от общего объема использованных МЖ и НП. При этом подавляющее количество омагниченных НП было собрано в первые минуты после подачи напряжения на электромагнит.

Таблица 2

Результаты исследования сбора нефтепродуктов

После отключения электромагнита собранный НП был вновь разлит на поверхность воды и затем произведен 2-ой сбор НП. Такая методика повторного сбора сохранялась и далее. За первые 6 минут было собрано 860 мл НП, на 7-ой минуте объем собранного НП составил 890 мл, а на 15-ой минуте при прекращении сбора общий объем составил 1000 мл. Собираемость НП увеличилась до 90 %. При аналогичном 3-ем сборе получены практически те же результаты, что и при 2-ом сборе. Сбора НП в полном объеме не произошло из-за налипания омагниченного НП на полюсы и ограниченной зоны действия МС.

При проведении эксперимента с более толстым слоем веретенного масла (9мм) используемая длина бассейна уменьшалась на 550 мм за счёт установки поперечной перегородки с целью экономии НП. За счёт этого общая масса НП была приближена к зоне действия МС. Время диффузии МЖ в НП в этом эксперименте с учетом распыления и выдержки составило 7,5 минут. НП был собран полностью.

Перед проведением опытов с сырой нефтью бассейн и МС были очищены от веретенного масла. Опыт проводился при ограниченной на 550 мм длине бассейна. МЖ на поверхность сырой нефти вводилась путем простого разлива в течение 2 минут. При отсутствии выдержки времени производился 1-ый сбор. Через 2 минуты сбор НП прекратился. Собираемость НП составила 25 %. Такой результат объясняется тем, что МЖ не успела равномерно распределиться по всему объему НП. При повторных сборах собираемость постепенно увеличивалась и достигла 89 %. Оставшийся НП сконцентрировался на полюсах МС.

При повторении эксперимента с нефтью, но с распылением МЖ, собираемость НП возросла и при 2-ом и 3-ем сборах достигла 95 %.

На основе проведенных испытаний показана высокая эффективность применения полученных магнитных жидкостей для «магнитной» очистки поверхностных вод от нефтепродуктов. Для повышения собираемости НП и уменьшения времени сбора необходимо МЖ вводить в НП в дисперсном состоянии путем разбрызгивания или распыления. При распылении МЖ на поверхность НП время его омагничивания при толщине слоя до 9 мм составляет от 3 до 7 минут. Поскольку МС имеет ограниченную зону действия, то для повышения собираемости НП необходимо организовывать или передвижение МС или течение воды через него.

Список литературы

1. Фертман В.Е. Магнитные жидкости: Справочное пособие.- Мн.: Высш. шк., 1988. – 184с.

2. Калаева С.З., Макаров В.М., Шипилин А.М. Магнитные жидкости из железосодержащих отходов производства./ Вторичные ресурсы, №5, 2002, С.28-30.

3. Калаева С.З., Макаров В.М., Шипилин А.М. и др. Способ получения магнитной жидкости. Патент РФ №2182382, бюл.№13 от 10.05.2002г.

4. Калаева С.З., Макаров В.М., Шипилин А.М. Магнитные жидкости из отходов производства. Экология и промышленность России, сентябрь, 2002, С.15-16.

Назад к списку