Printer Friendly

Efficiency of oil removal from real storm water with different sorbents/Naftos produktu salinimo is pavirsiniu nuoteku efektyvumas naudojant skirtingus sorbentus.

Ivadas

Siandien Lietuva, kaip ir daugelis kitu saliu, sprendzia daugeli ekologiniu uzdaviniu, is kuriu vienas svarbiausiu naftos produktu (NP) plitimo aplinkoje ir tolesnio jos tersimo sustabdymas ir mazinimas (Lietuvos Respublikos aplinkos ministro ... 2007; Pavirsiniu nuoteku tvarkymas 2010). Naftos produktai i aplinka patenka avariju metu arba drauge su urbanizuotu teritoriju pavirsinemis nuotekomis (German, Svensson 2005; Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos agentura 2011). Reikalavimai pavirsiniu nuoteku surinkimui, valymui ir isleidimui, siekiant apsaugoti aplinka nuo tarsos, yra pateikti Pavirsiniu nuoteku tvarkymo reglamente (Lietuvos Respublikos aplinkos ministro ... 2007). Reglamento nuostatos atitinka Europos Sajungos Tarybos direktyvos Nr. 91/271/EEB "Del miestu nuoteku valymo" reikalavimus ir HELCOM rekomendacija 23/5 "Del tersalu ismetimu is urbanizuotu teritoriju mazinimo, tinkamai tvarkant pavirsines nuotekas". Reglamente (Lietuvos Respublikos aplinkos ministro ... 2007) pateikti apribojimai i bendrus pavirsiniu nuoteku nuotakynus ir i gamtine aplinka isleidziamu nuoteku tersalu koncentracijoms. Svarbiausi nuoteku uzterstumo rodikliai yra skendin-ciuju medziagu (SM), BDS5, naftos produktu (NP), kitu vandens aplinkai kenksmingu medziagu (nurodytu prioritetiniu pavojinguju medziagu, nurodytu pavojingu ir kitu kontroliuojamu medziagu DLK) koncentracija. Lietuvoje reglamentuotos minetu tersalu isleidimo i bendrus pavirsiniu nuoteku nuotakynus koncentracijos: SM vidutine metine koncentracija yra 150 mg/l (didziausia momentine koncentracija--300 mg/l), NP vidutine metine koncentracija--10 mg/l (didziausia momentine koncentracija--30 mg/l); isleidziant nuotekas tiesiai i gamtine aplinka SM vidutine metine koncentracija--30 mg/l (didziausia momentine koncentracija--50 mg/l), NP vidutine metine koncentracija--5 mg/l (didziausia momentine koncentracija--7 mg/l). Per pastaruosius metus israsta ir pavirsinems nuotekoms valyti taikoma daug skirtingu metodu (tvenkiniai, nuoteku valymas naudojant augalus, infiltracines sistemos, filtrai ar hidrodinaminiai irenginiai (Mimi 2008; Asatekin, Mayes 2009).

Naftos produktais tersiamose teritorijose, kur siu produktu koncentracijos gerokai virsija aplinkosaugos reikalavimus, irengiami NP atskirtuvai. Naftos produktams ir kietosioms dalelems atskirti taikomi skirtingi metodai: gravitacinis nusodinimas, koaguliacija, flokuliacija, lengvuju skysciu sulaikymas pavirsiuje (Lim, Huang 2007; Husein et al. 2008). Dazniausiai naftos produktai atskiriami, atsizvelgiant i ju ir vandens tankio skirtumus. Naftos gau-dyklese pirminio valymo etape NP, kadangi yra lengvesni uz vandeni, sulaikomi atskirtuvo pavirsiuje, o kietosios daleles (purvas, smelis ar kitokios siuksles) nuseda i dugna. Isvalytos nuotekos isteka panardintu vamzdziu. Sie metodai ne visada buna veiksmingi, nes liuciu metu, esant dideliems pavirsiniu nuoteku debitams, pritruksta laiko tersalams atskirti nuo vandens; nepasalinamos koloidines ir istirpu sios medziagos (Deschamps et al. 2003; Ju et al. 2008). Siekiant didesnio pavirsiniu nuoteku valymo efektyvumo i naftos gaudykles konstrukcija itraukiamas dar vienas etapas--galutinis NP salinimas sorbavimo filtru. Naudojant ivairius filtrus (dazniausiai papildomam antriniam nuoteku valymui), atsiranda problemu del ju uzsikimsimo. Filtrams uzsikimsti turi itakos nepakankamas pavirsiniu nuoteku isvalymas pirmajame etape ir nepakankama isbuvimo filtro uzpilde trukme. Todel siuo metu reikalingi detalus nuoteku uzterstumo mazinimo, filtruojant per sorbavimo uzpildus, tyrimai (Branvall et al. 2006; Mazeikiene et al. 2008).

Tyrimo objektas

Siame straipsnyje aprasomu tyrimu objektas--Lietuvoje naudojami (NP nutekejimams surinkti) sorbentai ir ju naudojimo nuotekoms valyti filtravimo budu galimybes. Tyrimams pasirinkta keletas sorbentu: "FIBROIL[R]", "Duck" ir "Reo-dry". Sie sorbentai gamintoju apibudinami kaip hi-drofobiniai, gerai absorbuojantys naftos produktus (ju sorbcine geba atitinkamai yra: 814 g NP/g; 3-4 g NP/g; 3 g NP/g), netoksiski, chemiskai atsparus naftos produktams ir organinems medziagoms. Juos utilizuoti galima sudeginant, o regeneruoti--mechaniskai greziant arba plaunant benzinu ar chlorintuoju angliavandenilio ekstraktu. "FIBROIL[R]" pagamintas is polipropileno ir polietileno pluosto su kal-kamenio priedu, "Duck"--is naturalaus vulkaninio mineralo (tyrimams naudota 0,6-3,0 mm stambumo frakcija), o "Reo-dry"--is perdirbtos celiuliozes (Absorbcine medziaga FIBROIL[R] 2008; Priemones aplinkos apsaugai ... 2010).

Gamintoju pateikta sorbcine geba isbandyta statinemis salygomis, t. y. islaikius sorbentus naftos produktu telkinyje pakankama laika, kad jie sugertu didziausia NP kieki. Naudojant sorbentus kaip uzpildus atskirtuvu (naftos gau-dykliu) konstrukcijose, filtru sorbcine geba gali sumazeti, priklausomai nuo filtravimo parametru ir nuoteku uzterstumo skendinciosiomis medziagomis. Eksperimentiniu tyrimu tikslas buvo ivertinti tirtuju sorbentu tinkamuma mazinti pavirsiniu nuoteku uzterstuma (pagal NP ir SM) filtravimo per sorbcinius uzpildus budu.

Tyrimo metodika

Eksperimentiniai nuoteku filtravimo tyrimai buvo atlikti VGTU Vandentvarkos katedros laboratorijoje sumontuotame stende (1 paveikslas). Filtravimo irenginys buvo sumontuotas taip, kad i filtra patektu visu grupiu NP, aptinkami pavirsinese nuotekose (laisvieji, emulsijos forma, istirpe). Didele naftos produktu koncentracija buvo pasiekta i nuotekas (bandymu pradzioje vandentiekio vandeni) lasinant dyzelina (2 klase (CS51), standartas: LST EN 590-2009). Tokiu budu pries sorbento uzpilda susidarydavo dideles NP koncentracijos (~50 mg/l), kurios minimos literaturoje (Mimi 2008), kaip daznai pasitaikancios pavirsinese nuotekose nuo greitkeliu ir autostradu teritoriju. Atliekant tyrimus (2011 m.) pavirsines nuotekos buvo surenkamos lietaus metu nuo asfaltuotu automobiliu stovejimo aiksteliu Vilniaus mieste ir vezamos i laboratorija. Nuotekos buvo supilamos i 100 l talpa (1), naudojant siurbli (4) tiekiamos i vamzdi (8) su nuolydziu (3[degrees]). Skyscio tekejimo greitis buvo reguliuojamas sklende (7), matuojant filtrato debita kas desimt minuciu. Peristaltiniu siurbliu (5) is dyzelino pripildyto indo (6) i tekanti skysti vamzdzio pradzioje buvo iterpiami NP (dyzelinas) tokiu greiciu, kad vamzdzio gale uz sietelio (9) susidarytu pradine ([C.sub.0]) naftos produktu koncentracija (ten buvo imami meginiai). Toliau nuotekos esant pradinei NP koncentracijai sieteliu tolygia apkrova buvo tiekiamos i filtravimo cilindro skerspjuvio plota (0,006 [m.sup.2]), filtruojamos per 10-20 cm aukscio sorbento (10) uzpilda. Tyrimams pasirinktas vidutinis 15 m/h filtravimo greitis, nes Lietuvoje taikomu tipiniu nuoteku valymo irenginiu technineje dokumentacijoje pateikiamas 1-30 m/h greitis (priklausomai nuo sorbcines medziagos). Filtrato meginiai ir misiniu meginiai (pries filtravimo cilindra) kas desimt minuciu buvo imami i 0,5 l stiklainius. Filtravimo cilindre susidarantys slegio nuostoliai buvo matuojami pjezometru (12). Kiekvienas atskiras filtravimo eksperimentas buvo atliekamas imant nauja sorbento uzpilda, pasirinktas uzpildo aukstis--20 cm. I ta pati cilindro turi patalpintu sorbentu uzpildymo tankis buvo: 60 kg/[m.sup.3] ("FIBROILR"; 113 kg/[m.sup.3] ("Duck"); 230 kg/[m.sup.3] ("Reo-dry") (uzpildymo tankis pasirinktas pagal sorbentu gamintoju rekomendacijas). Filtravimo eksperimentai buvo kartojami po tris kartus siekiant rezultatu patikimumo. Parametru matavimai buvo kartojami 3-4 kartus. Paklaidas sudare meginiu emimo ir prietaisu matavimo tikslumo paklaidos. Eksperimentu pradzioje VGTU Vandentvarkos katedros laboratorijoje buvo matuojama atsiveztu nuoteku skendinciuju medziagu koncentracija (nuoteku meginius filtruojant per membraninius filtrus ir nuosedas dziovinant iki pastovaus svorio 105[degrees]C temperaturoje (vadovaujantis Aplinkos apsaugos normatyviniu dokumentu LAND 46-2002).

Meginiu naftos produktu (NP) koncentracija buvo matuojama UAB "Grinda" Ekologines prieziuros laboratorijoje. Si laboratorija yra sertifikuota Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos agenturos. Bendra naftos produktu (ne-poliniu ir mazai poliniu angliavandeniliu, ekstrahuojamu heksane) koncentracija buvo nustatoma vadovaujantis ISO 9377-2:2000 standartu (LAND 49-2002 Vandens kokybe. Infraraudonuju spinduliu spektrofotometrijos metodas mineralinei naftai (naftos produktams) nustatyti). Naudotas prietaisas: naftos analizatorius AN-2 (matuoja (0,04-1000) mg/l [+ or -] 2 % tikslumu).

[FIGURE 1 OMITTED]

Naftos produktu koncentracija (mg) nuotekose pries filtra apskaiciuota pagal formule:

[NP.sub.it] = [n.summation over (i=1)] ([P.sub.i] x [Q.sub.i]) x [Q.sub.i] x [DELTA][t.sub.i], mg/l, (1)

cia [P.sub.i] - naftos produktu koncentracija pries filtra kiekvienu laiko intervalu, mg/l; [Q.sub.i] - nuoteku debitas kiekvienu laiko intervalu, 1/min; [DELTA][t.sub.i]--meginiu emimo laiko intervalas, min.

Sugertuju NP kiekis (mg) apskaiciuotas:

[NP.sub.sug] = [n.summation over (i=1)] ([P.sub.i]-[F.sub.i]) x [Q.sub.i] x [DELTA][T.sub.i], mg, (2)

cia [F.sub.i] - naftos produktu koncentracija filtrate kiekvienu laiko intervalu, mg/l.

Sugertuju NP kiekis (mg), tenkantis 1 g sorbento, apskaiciuotas:

SG = [NP.sub.sug]/1000 x [m.sorb],gNP/g, (3)

cia [m.sub.sorb]--filtro uzpildo sorbento mase, g.

NP salinimo efektyvumas:

[[eta]= [NP.sub.sug]/[NP.sub.it]. 100% (4)

Rezultatai

Tyrimu pradzioje atlikti eksperimentinio stendo hidrauliniai bandymai. Per visu triju sorbentu uzpildus filtruojant vandentiekio vandens ir dyzelino misini, pasiektas reikiamas filtravimo greitis ir numatyta NP koncentracija meginiuose pries filtra ([C.sub.o]). Isitikinus, kad si koncentracija svyruoja apie 50 mg/l, pradetos tirti nuotekos. Pavirsinese nuotekose nuo asfaltuotu Vilniaus teritoriju (2011. 04-06) surinktu naftos produktu koncentracija svyravo nuo 5,5 iki 24 mg/l, o skendinciuju medziagu koncentracija--nuo 120 iki 270 mg/l. Palyginus su reglamentuojamomis normomis, sios koncentracijos virsijo leidziamas vidutines tersalu koncentracijas, nuotekas isleidziant i gamtine aplinka. Atsizvelgiant i tai, kad praktikoje pries filtrus paprastai buna irengti nusodintuvai, laboratorijoje atsiveztu pavirsiniu nuoteku [SM] buvo sumazinta iki 60 mg/l (nusodinant atsiveztose talpyklose). I nuotekas papildomai iterpus dy-zelino ([C.sub.o] = 55,5 mg/l) ir jas perfiltravus per triju sorbentu uzpildus gauti rezultatai pateikti 2-4 paveiksluose.

Kaip matyti is pateiktu rezultatu, skyresi nuoteku filtravimo per skirtingus uzpildus trukme. Ilgiausiai, 2 h ir 10 min, truko filtravimas per "FIBROIL[R]" uzpilda, trumpiausiai--per "Duck" (1 h ir 10 min). Nuoteku filtravimo greitis, kuris pradzioje visais atvejais budavo lygus 15 m/h, del filtro uzpildo kimsimosi imdavo mazeti (pagal polino-mines priklausomybes, [R.sup.2] = 0,98 ("FIBROIL" ir "Duck" uzpilde); [R.sup.2] = 0,99 (,,Reo-dry" uzpilde)), kol filtras visai uzsikimsdavo (filtravimo greitis tapdavo lygus nuliui). Dyzelina ir toliau tiekiant tuo paciu greiciu, pradine naftos produktu koncentracija pries filtra palaipsniui didejo, o filtrato meginiuose kito ne taip zenkliai, todel isaugo ju skirtumo skaitines vertes ir NP salinimo efektyvumas. Kol nuoteku filtravimas vyko pastoviuoju (15 m/h) greiciu, geriausiai naftos produktus salino "FIBROIL[R]" uzpildas (99 %), maziausiai efektyvus buvo,,Reo-dry" (95 %), tarpine padeti uzeme,,Duck" (98 %). Visais atvejais naftos produktu koncentracija filtrato meginiuose nevirsijo leistinos 5 mg/l koncentracijos (nuotekoms isleisti i gamtine aplinka). Pastebeta, kad, mazejant filtravimo greiciui ir didejant pradinei NP koncentracijai (55; 57; 59; 63; 70; 80 mg/l), jos salinimo efektyvumas didejo, nes ilgejo nuoteku isbuvimo uzpilduose trukme ir geriau vyko NP sorbcija. Visi trys filtru uzpildai is nuoteku salino ne tik naftos produktus, bet ir skendinciasias medziagas. SM salinimo efektyvumas buvo toks: "FIBROIL[R]"--(93-73%), "Reo-dry"--(8583%), "Duck"--(98-97%). Skendinciuju medziagu, kaip ir absorbuotu naftos produktu, susikaupimas filtru uzpilduose leme siu uzpildu uzsikimsima ir filtravimo per juos baigti. Atliktu eksperimentu metu sorbentu uzpilduose sugertuju NP ir sulaikytu SM kiekiai pateikti lenteleje.

[FIGURE 2 OMITTED]

[FIGURE 3 OMITTED]

[FIGURE 4 OMITTED]

Kaip matyti is lenteles duomenu, daugiausia NP sugere,,FIBROIL[R]" uzpildas (7,22 g), maziausiai--"Reo-dry" (3,83 g). Atlikus tyrimus pastebeta, kad sorbentu uzpildai ne tik sugere didziaja dali naftos produktu bei sulaike skendinciuju medziagu, bet ir suslapo (ypac "Reo-dry"). Sorbentu vandens igerti galejo veikti filtravimo per juos greitis (gamintoju teigimu, statinemis salygomis bandomi sorbentai yra hidrofobiski). Taip pat dinamines salygos (15 m/h filtravimo greitis) ir skendinciuju medziagu koncentracija nuotekose veike sorbentu, kaip filtro uzpildu, naudojimo trukme ir nedideli sugertuju NP kieki, tenkanti gramui sorbento (daug mazesnis, nei sorbentu gamintoju pateikiamos sorbcines gebos vertes, nustatytos statinemis salygomis). Taigi, visu triju uzpildu sorbcine geba nebuvo iki galo isnaudota del dinaminiu salygu ir nuoteku uztersimo skendinciosiomis medziagomis.

Isvados

1. Nuotekas filtruojant 15 m/h greiciu, geriausiai naftos produktus salino "FIBROIL[R]" uzpildas (99 %), maziausiai efektyvus buvo "Reo-dry" (95 %), tarpine padeti uzeme "Duck" (98 %).

2. Filtruojant nuotekas per "FIBROIL[R]"" "Reo-dry" ir,,Duck" sorbuojanciuosius uzpildus (20 cm aukscio) 15 m/h greiciu, kai pradine NP koncentracija nuotekose buvo 50 mg/l, visais atvejais NP koncentracija filtrato meginiuose nevirsijo 5 mg/l koncentracijos.

3. Del filtro uzpildu uzsikimsimo mazejant filtravimo greiciui ir didejant pradinei NP koncentracijai, jos salinimo efektyvumas didejo:"FIBROIL[R]" (nuo 98,6 iki 99,5 %)"Reo-dry" (nuo 95 iki 95,5 %) ir,,Duck" (nuo 97 iki 98 %), nes ilgejo nuoteku isbuvimo uzpilduose trukme.

4. Visi trys filtru uzpildai is nuoteku salino ne tik naftos produktus, bet ir skendinciasias medziagas. Del uzpilduose sulaikytu minetu tersalu kaupimosi pasirinktas filtravimo greitis (15 m/h) mazejo. Filtravimas per uzpildus truko: "FIBROIL[R]" 130 min.; "Reo-dry"--90 min.; "Duck"--70 min.

doi: 10.3846/mla.2011.099

Literatura

Absorbcine medziaga FIBROILR. Cekijos Respublikos SVUT firmos oficialusis atstovas Pabaltijo salims UAB "Ekoprizme" (2008 m. medziaga).

Asatekin, A.; Mayes, A. 2009. Oil industry wastewater treatment with fouling resistant membranes containing amphiphilic comb copolymers, Environmental Science Technology 43: 4487-4492. doi:10.1021/es803677k

Branvall, E.; Mazeikiene, A.; Valentukeviciene, M. 2006. Experimental research on sorption of petroleum products from water by natural clinoptilolite and vermiculite, Geologija 56: 5-12.

Deschamps, G.; Caruel, H.; Borredon, M.; Albasi, C.; Riba, J.; Bonnin, C.; Vignoles, C. 2003. Oil removal from water by sorption on hydrophobic cotton fibers. Study of sorption properties in dynamic mode, Environmental Science Technology 37: 50345039. doi:10.1021/es020249b

Ju, H.; McClockey, B.; Sagle, A.; Wu, Y.; Kusuma, V.; Freeman, B. 2008. Crosslinked poly (ethylene oxide) fouling resistant coating materials for oil/water separation, J. Membr. Sci. 307: 260-267. doi:10.1016/j.memsci.2007.09.028

German, J.; Svensson, G. 2005. Stormwater pond sediments and water--characterization and assessment, Urban Water Journal 2(1): 39-50. doi:10.1080/15730620500042536

Husein, M.; Amer, A.; Sawsan, I. 2008. Oill spill sorption using carbonized pith bagasse: trial for practical application, J. Environ. Sci. Tech. 5(2): 233-242.

Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos agentura [ziureta 2011 m. sausio 11 d.]. Prieiga per interneta: <http://www.am.lt/LSP/files/27_62.pdf>.

Lietuvos Respublikos aplinkos ministro 2007 m. balandzio 2 d. isakymas Nr. D1-193. Pavirsiniu nuoteku tvarkymo reglamentas.

Lim, T.; Huang, X. 2007. Evaluation of hydrophobicity/oleophi-licity of kapok and its performance in oily water filtration: comparison of raw and solvent-treated fibres, Ind. Crops Prod. 26: 125-134. doi:10.1016/j.indcrop.2007.02.007

Mazeikiene, A.; Valentukeviciene, M.; Rimeika, M.; Mattuze-vicius, A.; Dauknys, R. 2008. Removal of nitrates and ammonium ions from water using natural sorbent zeolite (clinoptilolite), Journal of Environmental Engineering and Landscape Management 16(1): 38-44. doi:10.3846/16486897.2008.16.38-44

Mimi, Z. 2008. Spatial analysis of urban stormwater quality: Ramallah district as a case study, Palestine, Water and Environment Journal 23: 128-133. doi:10.1111/j.1747-6593.2008.00118.x

Pavirsiniu nuoteku tvarkymas [interaktyvus]. 2010, [ziureta 2010 m. sausio 11 d.]. Prieiga per interneta: <http://www.am.lt/VI/article.php3?article_id=6836>.

Priemones aplinkos apsaugai, vandens paruosimo irenginiai. 2010. UAB "SORB CHEM" pateikta medziaga. Vilnius.

Ausra Mazeikiene (1), Dovile Rimkute (2)

Vilniaus Gedimino technikos universitetas

El. pastas: (1) ausra.mazeikiene@vgtu.lt; (2) rimkute.dovilyte@gmail.com
Lentele. Filtro uzpilduose sulaikyti tersalai

Table. The number of pollution in filter fillers

Rodikliai Sorbuojantieji uzpildai

 "FIBROIL [R]" "Duck" "Reo-dry"

Filtravimo trukme,
min. 130 90 70

NP kiekis pratekejusiose
nuotekose, g 7,22 5,05 3,83

Sugertuju NP kiekis,
g (gNP/g) 7,12 (0,12) 4,9 (0,04) 3,7 (0,02)

SM kiekis pratekejusiose
nuotekose, g 7,8 5,5 4,1

Uzpilde sulaikytu
SM kiekis, g 6,4 4,6 3,8
COPYRIGHT 2011 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2011 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

 Reader Opinion

Title:

Comment:



 

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Environmental Protection Engineering/Aplinkos apsaugos inzinerija
Author:Mazeikiene, Ausra; Rimkute, Dovile
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Nov 1, 2011
Words:2349
Previous Article:The evaluation of stormwater runoff/Pavirsiniu nuoteku kiekio ivertinimas.
Next Article:Efficiency research on meat industry waste water treatment applying the method of dissolved air flotation/Mesos pramones nuoteku valymo flotaciniu...
Topics:

Terms of use | Copyright © 2015 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters