Свойства продуктов рециклинга растительных отходов, полученных методом низкотемпературного пиролиза и газификации

Накопление загрязненных сточных вод актуальная проблема на сегодняшний день. Очистные сооружения не справляются с большими потоками загрязнений и стоки зачастую попадают в природные водоёмы. В статье изучается возможность вторичной переработки растительных отходов в сорбенты для очистки сточных вод от жидких углеводородов и тяжелых металлов.

Аннотация статьи
сорбент
сточные воды
растительные отходы
рисовая шелуха
кофейный жмых
пиролиз
газификация
Ключевые слова

Запасы пресной воды с каждым годом сокращаются, а сточные воды накапливаются. Плохо очищенная сточная вода поступает в природные водоемы, токсичные компоненты накапливаются в воде и донных отложениях, становясь источником вторичного загрязнения. Например, соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по объему водного объекта. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов, частично адсорбируются на минеральных и органических осадках. Вследствие чего содержание тяжелых металлов в отложениях постоянно увеличивается, и когда адсорбционная способность осадков исчерпывается, тяжелые металлы поступают в воду, что приводит к экологическому кризису. Штрафные санкции за сброс тяжелых металлов в воду становятся все жестче, а в связи с катастрофой в «Норильском Никеле», связанной с розливом солярки из резервуарного парка, ущерб окружающей среде оценен в сотни миллиардов рублей. Актуальность водоочистки и получения сорбентов для этих целей, а также наилучших доступных технологий их производства с утилизацией отходов растениеводства отражены в источниках [1-5].

Специалистами компании «Сорбтех» совместно с кафедрой общей химической технологии и катализа разработана и испытана пилотная установка РХАТ-5 производительностью 5 кг/ч по сырью (рисунок). Установка предназначена для утилизации отходов растениеводства. Автоматическая система регулирования позволяет непрерывно получать различные по свойствам и качеству продукты переработки.

Процесс работы на данной установке включает несколько стадий:

  • сушка сырья;
  • низкотемпературный каталитический пиролиз при температурах 500-600 оС;
  • газификация при необходимости;
  • охлаждение;
  • разгрузка продуктов.

Рис. Схема расположения оборудования в установке РХАТ-5: 1 – накопитель, 2, 16 – шнек, 3 – питатель, 4 – реактор, 5, 6 – трубчатый электронагреватель, 7 – бункер – газификатор, 8 – газоход, 9 – циклон – очиститель,10 – сборник, 11-15 – система дожигания, 17 – приемная емкость, 18, 20 – вентилятор, 19 – система подачи воздуха

Проведены исследования сорбционных свойств продуктов термообработки таких отходов, как рисовая шелуха, кофейный жмых, скорлупа фундука и скорлупа грецкого ореха. По методу тепловой десорбции азота получены значения удельной поверхности исходных образцов, без измельчения, таблица 1.

Насыпная плотность является важным показателем эффективности при выборе сорбента. Природные сорбенты на основе мха, торфа и продуктов пиролиза древесины чаще всего используются для ликвидации разлива нефтепродуктов, их насыпная плотность соотносится с показателями по полученным образцам, приемлемый объемный вес равен 0,30 г/см3.

Таблица 1

Удельная поверхность и насыпная плотность образцов

Образец

Удельная поверхность, м2/г

Насыпная плотность, г/см3

№1 Рисовая шелуха (продукт пиролиза)

22,6

0,34

№ 2 Рисовая шелуха (продукт газификаци)

13,4

0,38

№ 3 Кофейная шелуха (продукт пиролиза)

18,4

0,28

№ 4 Скорлупа фундука (продукт пиролиза)

19,3

0,40

№ 5 Скорлупа грецкого ореха (продукт пиролиза)

19,7

0,47

По данным ситового анализа основную часть (более 75 % масс.) составляют частицы размером более 1 мм, таблица 2. Для увеличения удельной поверхности образцы измельчили, в дальнейшей работе использовались фракции образцов размером от 1 до 0,4 мм.

Таблица 2

Данные ситового анализа

Проход, мм

Остаток на сите, г

Рисовая шелуха (продукт пиролиза)

Рисовая шелуха (продукт газификаци)

Кофейная шелуха (продукт пиролиза)

Скорлупа фундука (продукт пиролиза)

Скорлупа

грецкого ореха (продукт пиролиза)

1,0

30,55

23,84

30,22

39,15

39,77

0,63

6,05

9,27

6,67

0,43

0,17

0,5

1,55

2,72

1,82

0,13

0,05

0,315

1,23

2,18

1,02

0,13

0,01

0,25

0,37

1,1

0,23

0,11

0,00

0,16

0,05

0,12

0,01

0,03

0,00

<0,16

0,02

0,17

0,03

0,02

0,00

Всего

40,00

40,00

40,00

40,00

40,00

Проведена работа по определению сорбционной емкости по жидким углеводородам. Работа проводилась на установке, состоящей из насадочной колонки с сорбентом, расходной емкости с раствором и регулятором скорости потока, серии приемных емкостей по 40 см3 каждая. Сорбция проводилась из эмульсии дизельного топлива в воде, с соотношением дизельное топливо: дистиллированная вода, равным 1:10. Плотность дизельного топлива равна 0,835 г/см3. Однородность эмульсии обеспечивалась с помощью магнитной мешалки. Данные процесса сорбции по каждому образцу представлены в таблице 3.

Таблица 3

Данные сорбционной емкости

Образец

Масса навески, г

№ пробы, в которой обнаружено наличие топлива («проскок»)

Сорбционная емкость, г дизтоплива/г сорбента

№1 Рисовая шелуха (продукт пиролиза)

60

20

0,65

№ 3 Кофейная шелуха (продукт пиролиза)

15

6

0,43

№5 Скорлупа грецкого ореха (продукт пиролиза)

27

23

0,83

Сорбент на основе мха является типичным представителем сорбентов на основе природного сырья, его сорбционная емкость по топливу составляет 0,10 г/г. В ходе работы наилучшую поглотительную способность показал образец № 5 скорлупа грецкого ореха (продукт пиролиза). Планируется проведение работы по определению сорбционной емкости с модельными растворами тяжелых металлов на фоне поваренной соли, а также разработка способов регенерации сорбента.

Текст статьи
  1. Далимова Г.Н., Штырлов П.Ю., Якубова М.Р. Сорбция ионов металлов техническими лигнинами и их производными // Химия природных соединений. – 1998. №3. 363 с.
  2. Логинов, С.В. Обзор способов и оборудования утилизации отходов растениеводства. Реализация низкотемпературного пиролиза и газификации в пилотной и мобильной установках / С.В. Логинов, А.И. Масалевич, С.А. Мешков, Б.В. Миславский // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). № 55 (88). СПб, 2020. 126 с.
  3. Логинов, С.В. Физико-химические основы и экологические аспекты производства черней из отходов и субпродуктов животноводства / С.В. Логинов, А.А. Луккен, И.Н. Кузнецова // дизайн. Материалы. Технология. № 1 (26). СПб, 2013. 150 с.
  4. Панасевич, А.А. Сорбенты на основе природных дисперсных минералов для извлечения НПАВ из сточных вод / А.А. Панасевич, Г.М. Климова, Ю.И. Тарасевич // Химия и технология воды. - 1991. - Т. 13, № 5. 514 с.
  5. Шипилова Ю.Ю., Логинов С.В. Рециклинг растительных отходов с получением черней и сорбентов // Материалы научной конференции «Традиции и Инновации», посвященной 191-й годовщине образования СПбГТИ(ТУ) и работе в нем Д.И. Менделеева, СПб, 27-29 ноября 2019 г. СПб, 2019. 103 с.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 23 октября по 29 октября
Осталось 2 дня до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
02 ноября
Загрузка в eLibrary
02 ноября
Рассылка печатных экземпляров
10 ноября