ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ФОРМЫ ЭЛЕКТРОДОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ

1Тангян Сонна Самвеловна, аспирант Национального политехнического университета Армении (Армения, Ереван), Терян 105, 0009, тел.: +(734) 93282921, e-mail: tangyansona@gmail.com
2Хизанцян Карина Мартиросовна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры ЗОС и БЖ
Национального политехнического университета Армении (Армения, Ереван), Терян 105, 0009, тел.: +(734) 91646584,
e-mail: karkhizancyan@mail.ru
3Саргисян Сержик Акопович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой ЗОС и БЖ
Национального политехнического университета Армении (Армения, Ереван), Терян 105, 0009, тел.: +(734) 91505387,
e-mail: artsar86@mail.ru
4Геворкян Кнарик Вашингтоновна, кандидат технических наук, ассистент кафедры ЗОС и БЖ
Национального политехнического университета Армении (Армения, Ереван), Терян 105, 0009, тел.: +(734) 91696710,
e-mail: your.is@mail.ru

В работе исследована возможность повышения эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов методом электрофлотации за счет изменения формы и конфигурации электродов, которые влияют на размеры образуемых пузырьков. Экспериментально продемонстрирована эффективность применения окисноплатинотитановых электродов разной конфигурации. Показано, что поверхность таких электродов частично окисляет органические соединения и нефтепродукты, содержащиеся в воде. Исследованы электроды различных геометрических форм. Наиболее эффективным является электрод с шероховатой поверхностью и электроды в виде архимедовой спирали. При использовании таких электродов более 50 % всех пузырьков имели размеры от 25 до 40 мкм.
Ключевые слова: электрофлотация, окисноплатинатитановые электроды, электролиз, нефтепродукты, ИК‑спектроскопия.

EFFECT OF ELECTRODE SHAPE AND DESIGN ON EFFICIENCY OF OIL REMOVAL USING ELECTROFLOTATION METHOD

1 Tangyan Sonna, post graduate student of National Politechnical University of Armenia, Armenia, Yerevan, Teryan 105, 0009,
tel.: +(734) 93282921, e-mail: tangyansona@gmail.com
2 Khizantsyan Karina, PH. D (Engineering), associated professor of E and SL of National University of Armenia, Armenia, Yerevan, Teryan 105, 0009, tel.: +(734) 91646584, e-mail: karkhizancyan@mail.ru

The possibility to increase efficiency of oil removal from wastewater by electroflotation method was investigated with respect to shape and design of electrodes which affects the size of the resulting bubbles. The application efficiency of platinum-titanium oxide electrodes with different configurations was demonstrated. It is also shown that the surface of these electrodes partially oxidizes organic compounds and oil products contained in water. Various shapes and configurations of electrodes were investigated. An electrode with a rough surface as well as an electrode in the form of an Archimedean spiral were recognized as most effective. When using these electrodes more than 50 percent of all resulting bubbles were between 25 and 40 microns in size.
Keywords: electroflotation, platinum-titanium oxide electrodes; electrolysis; oil products; infrared spectroscopy.

Введение
Загрязнение поверхностных водоисточников и связанный с этим дефицит качественной воды до сих пор остается одной из важнейших экологических проблем [1, 2].
Одним из самых распространенных и трудноудаляемых видов загрязнений, содержащихся как в сточных, так и, в некоторых случаях, в питьевых водах, являются нефтепродукты [3]. Очистка сточных вод от нефтепродуктов имеет важное значение для возможности повторного использования воды и уменьшения воздействия поступающих со сточными водами загрязнений на окружающую среду.
Для очистки сточных вод от нефтепродуктов используют механические, химические, физико-химические и биологические методы. Опыт использования систем удаления из воды нефтепродуктов показывает, что системы очистки, используемые на станциях мойки автомобилей, на транспортных предприятиях, на предприятиях нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих отраслей, а также на станциях подготовки питьевой воды не всегда дают необходимый эффект очистки, который должен соответствовать достижению требований предельно допустимой концентрации нефтепродуктов в воде, сбрасываемой в поверхностные водоемы [4]. Для уменьшения нагрузки на окружающую среду необходимо применение более эффективных методов очистки воды от нефтепродуктов без использования дополнительных реагентов, не требующих высоких эксплуатационных затрат.
Использование методов флотации и электрофлотации в системах подготовки питьевой воды и очистки сточных вод от нефтепродуктов описано в [5–8]. Часто, несмотря на то, что в экспериментальных работах демонстрируется высокая эффективность очистки по нефтепродуктам, на практике при эксплуатации сооружений электрофлотации такие данные не подтверждаются и очищенная вода по своим химико-физическим показателям не соответствует требованиям по очистке [9].
В настоящей работе авторами были усовершенствованы установки электрофлотации путем применения новых разработанных электродов, при использовании которых при меньшем количестве потребляемой электроэнергии уменьшается размер образующихся газовых пузырьков. При этом на долю пузырьков с размерами от 25 до 40 мкм приходится более 50 %, в то время как при использовании обычных электродов размеры газовых пузырьков обычно лежат в диапазоне от 10 до 200 мкм. Известно, что поверхность пузырьков меньшего размера обладает большей свободной поверхностной энергией, что и создает более благоприятный гидрологический режим в зоне флотации. При этом увеличивается эффективность очистки воды от нефтепродуктов.
Для проведения эксперимента нами были выбраны окисноплатинатитановые (ОПТ) электроды, так как поверхность этих электродов частично окисляет органические соединения и нефтепродукты.
Экспериментальная часть
Эксперименты проводились на лабораторном электрофлотационном стенде с использованием различных электродов. Разработанный авторами ОПТ электрод представляет собой конструкцию из платиновой или титановой проволоки, торцами впаянной в стекло. На поверхность проволоки с помощью термического разложения раствора хлорплатината при 450 °С наносился слой окисла платины по методике, близкой к описанной в работах [10, 11]. Для выбора электродов с наиболее эффективным способом очистки сточных вод были рассмотрены различные геометрических формы электродов, показанные на рис. 1.

Рис. 1. Исследованные виды электродов
а — архимедова спираль, б — сетка, в — прямые электроды с наименьшим электродным пространством, г — электроды с шероховатой поверхностью.
Экспериментальные данные по выбору электродов при одинаковой плотности тока в 8 А / м2 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Экспериментальные данные по выбору электродов

Вид электрода

Скорость очистки,

м/ч

Начальная концентрация нефтепродуктов,

г/л

Эффективность очисти от нефтепродуктов, %

Размеры пузырьков, мкм

Начальная концентрация нефтепродуктов,

г/л

Эффективность очисти от нефтепродуктов, %

Размеры пузырьков, мкм

Начальная концентрация нефтепродуктов,

г/л

Эффективность очисти от нефтепродуктов, %

Размеры пузырьков, мкм

а

1

1

0,93

25,3

2

0,929

25

3

0,932

25,1

5

0,94

25,2

0,937

25,6

0,929

25,4

10

0,98

25,4

0,975

25,3

0,981

25,3

б

1

0,76

57

0,775

58

0,774

57

5

0,8

60

0,79

58

0,789

56

10

0,83

59

0,856

62

0,847

62

в

1

0,7

63

0,72

58

0,719

62

5

0,77

59

0,781

54

0,78

59

10

0,79

64

0,785

57

0,784

58

г

1

0,92

32

0,91

36

0,917

28

5

0,93

29

0,94

35

0,938

35

10

0,975

36

0,981

30

0,98

30


Определение количества остаточных нефтепродуктов проводилось методом ИК‑спектрометрии в диапазоне поглощения 970‑1020, 1200–1600 и 2800–3200 см-1 по деформационным колебаниям групп — СН3 и —СН2 —, а также по валентным колебаниям тех же групп соответственно [12].
Регистрация спектров проводилась в диапазоне 400‑4000 см-1 на спектрометре Nicolet 380. Для выявления отличительных признаков нефтепродуктов проведены исследования бензина марок АИ-76, АИ-95 и гидравлического масла AW 32.
Размеры пузырьков определяли методом статистического микрофотоанализа. Фотосъемка осуществлялась цифровой камерой Canon через микроскоп МБС-9.
Выводы
Наибольшая эффективность флотационной очистки была получена при использовании электродов в виде архимедовой спирали. Однако производство таких типов электродов трудоемко, поэтому предпочтение следует отдать применению электродов с шероховатой поверхностью.
Использование более эффективных электродов позволяет не только повысить эффект флотационной очистки, но одновременно увеличить эффект частичного окисления нефтепродуктов.
Список литературы
О состоянии и использовании водных ресурсов РФ в 2009 году: Государственный доклад. — М.: НИА «Природа». — 2010. — 288 с.
Проблема пресной воды. Глобальный контекст политики России. Москва: МГИМО-Университет. — 2011. — 87 с.
Владимиров С. Н. Загрязнение окружающей среды при эксплуатации, хранении, техническом обслуживании и ремонте автотранспортной техники /  / Журнал «Успехи современного естествознания». — 2013. № 3. — С. 118–119.
Гогина Е. С., Саломеев В. П., Побегайло Ю. П.
Решение проблемы очистки сточных вод от автомоек и транспортных предприятий. /  / Вестник МГСУ. — 2012. № 2. — С. 166–176.
Фомина В. Ф., Фомин А. В. Эффективность внедрения напорной флотации для подготовки питьевой воды в республике Коми /  / Известия Коми научного центра УрО РАН. Вып. 4 (16). Сыктывкар. — 2013. — С. 80–88.
Ерёмина Т. В., Ижунцов О. В. Средства очистки сточных вод на животноводческих комплексах. /  / Вестник ВСГУТУ. — 2014. № 6. — С. 79–85.
Мынка А. А., Синенко Е. И., Цхе А. А. Электрофлотационный модуль для очистки промышленных стоков  /  / Свидетельство на ноу-хау № 3. Зарегистрировано в ИФПМ СО РАН 18.10.2011. Правообладатель: ИФПМ СО РАН.
Сухарев Ю. И. Исследование процесса электрофлотации жиров из сточных вод /  / Гофман В. Р., Николаенко Е. В., Абдрашитов Р. Р. Известия Челябинского научного центра. Вып. 1 (3). — 1999. — http://www.csc.ac.ru / news / .
Федеральный закон Российской Федерации от 7 декабря 2011 г. № 416‑ФЗ «O водоснабжении и водоотведении».
Левина Г. Д. Электроокисление мочевины на платиновом электроде /  / Сурженко С. С., Колосова Г. М., Сенявин М. М. Электрохимия. — 1975. Т. XI, вып. 11. — С. 1644–1648.
Iwakura C. The anodic evolution of oxygen on platinum oxide electrode in alkaline solutions /  / Fukuda K., Tamura H. Electrochim. Acta. — 1976. V. 21. Is. 7. — P. 501–508.
Иванова Л. В., Сафиева Р. З., Кошелев В. Н. ИК‑спектрометрия в анализе нефти и нефтепродуктов/  / Вестник Башкирского университета. — 2008. Т. 13. № 4. — С. 869–874.