Kinetic curves of oil products sorption by calcined sorbent from ash and slag wastes of thermal power engineering

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Experimental research into dynamic sorption of model mixtures containing oil products was carried out. As a sorbent, dried and calcined ash and slag wastes accumulated by hydraulic ash removal at the ash disposal site of Novocherkassk State District Power Plant (Novocherkassk, Rostov Oblast, Russia) were investigated. The weighted portion of calcined sorbent for each model solution was fixed and amounted to 5.0 g. Model solutions were passed through a column filled with calcined sorbent. At the first stage, investigations were carried out to optimize the filtrate flow rate in the range from 0.05 to 2.5 dm3/min in increments of 0.05 dm3/min. Model aqueous solutions with pH=7.5 and containing 100 mg/dm3 of oil products were passed through the column containing 5 g of calcined sorbent. The optimum filtrate flow rate was 0.1 dm3/min at a maximum efficiency of oil products extraction from the solution of 84%. At the second stage, kinetic dependencies of sorption capacity and oil product concentration in the filtrate were plotted. To this end, experimental investigations into sorbent saturation with oil products by means of passing portions of model aqueous solution containing 10,000 mg/dm3 by 0.05 dm3 through the column filled with calcined sorbent in a quantity of 5 g and a filtrate withdrawal rate of 0.1 dm3/min were performed. The maximum value of sorption capacity was found to comprise 560 mg/g under the efficiency of oil products extraction from the solution of 85%. Following an analysis of the obtained experimental results, an approach to the mathematical description of the kinetics of oil products sorption was proposed. According to this approach, the concentration of oil products in the filtrate is calculated in two stages. At the first stage, the increase in the concentration of oil products in the filtrate occurs when the sorbent is saturated with oil products up to the maximum value of its sorption capacity. At the second stage, this increase is observed at the maximum value of sorption capacity. Kinetic equations for calculating sorption capacity and the concentration of oil products in the filtrate are provided. A satisfactory qualitative agreement between the experimental and calculated data was obtained.

About the authors

T. G. Korotkova

Kuban State Technological University

Email: korotkova1964@mail.ru

S. A. Bushumov

Kuban State Technological University

Email: bushumov@list.ru

References

  1. Черенцова А.А., Олесик С.М. Оценка золошлаковых отходов как источник загрязнения окружающей среды и как источник вторичного сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. N S3. С. 230-243.
  2. Подгорецкий Г.С., Горбунов В.Г., Агапов Е.А., Ерохов Т.В., Козлова О.Н. Проблемы и перспективы утилизации золошлаковых отходов ТЭЦ. Часть 1 // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2018. Т. 61. N 6. С. 439-446. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-6-439-446.
  3. Korotkova T.G., Bushumov S.A., Ksandopulo S.Yu., Istoshina N.Yu. Determination of the hazard class of ash-and-slag from a thermal power plant accumulated on ash dumps under the scheme hydraulic ash removal // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2018. Vol. 9, no. 10. P. 715-723.
  4. Черенцова А.А. Эколого-технологическая оценка состава и свойств золошлаковых отходов (на примере Хабаровской ТЭЦ-3) // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014. Т. 19. N 5. С. 1733-1736.
  5. Gorme J.B., Maniquiz M.C., Kim S.S., Son Y.G., Kim Y.-T., Kim L.-H. Characterization of bottom ash as an adsorbent of lead from aqueous solutions // Environmental Engineering Research. 2010. Vol. 15, no. 4. P. 207-213. https://doi.org/10.4491/eer.2010.15.4.207.
  6. Pranoto, Martini T., Sunardi B.M.W., Anandita E.P. Optimization of the use of fly ash and natural zeolite activated as composite for an adsorbent of lead heavy metal (Pb) // Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 578. P. 012022. https://doi.org/10.1088/1757-899x/578/1/012022.
  7. Agarwal A.K., Kadu M.S., Pandhurnekar C.P., Muthreja I.L. Kinetics study on the adsorption of Ni2+ ions onto fly ash // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2015. Vol. 50, no. 5. P. 601-605.
  8. Liu Y., Chen Q., Singh R.P. Low-cost RSAC and adsorption characteristics in the removal of copper ions from wastewater // Applied Sciences. 2022. Vol. 12, no. 11. P. 5612. https://doi.org/10.3390/app12115612.
  9. Pizarro J., Castillo X., Jara S., Ortiz C., Navarro P., Cid H., et al. Adsorption of Cu2+ on coal fly ash modified with functionalized mesoporous silica // Fuel. 2015. Vol. 156. P. 96-102. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.04.030.
  10. Kirk D.W., Jia C.Q., Yan J., Torrenueva A.L. Wastewater remediation using coal ash // Journal of Material Cycles and Waste Management. 2003. Vol. 5, no. 1. P. 0005-0008. https://doi.org/10.1007/s101630300001.
  11. Arun A., Varunnraj D., Sutharsan T., Bhoopesh T., Rajan M.S. Domestic wastewater treatment using fly ash // International Journal of Research in Engineering, Science and Management. 2021. Vol. 4, no. 5. P. 184-186.
  12. Ganapathy C., Nivetha K., Kumar K.O., Pratheep T. Wastewater treatment using fly ash // International Research Journal of Engineering and Technology. 2018. Vol. 5, no. 2. P. 680-683.
  13. Nguyen K.D., My Q.N.V., Kim A.P.T., Tran P.T., Kim D.H.T., Kim O.L.T. Coal fly ash-slag and slag-based geopolymer as an absorbent for the removal of methylene blue in wastewater // Science & Technology Development Journal. 2022. Vol. 25, no. 1. P. 2215-2223. https://doi.org/10.32508/stdj.v25i1.3421.
  14. Mohan D., Singh K.P., Singh G., Kumar K. Removal of dyes from wastewater using flyash, a low-cost adsorbent // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2002. Vol. 41, no. 15. P. 3688-3695. https://doi.org/10.1021/ie010667+.
  15. Николаева Л.А., Лаптев А.Г., Исхакова Р.Я. Повышение эффективности биологической очистки сточных вод на предприятиях химической промышленности // Водные ресурсы. 2018. Т. 45. N 2. С. 196-202. https://doi.org/10.7868/S0321059618020098.
  16. Singh P., Tripathi P., Chauhan S., Mishra A. Domestic waste water treatment using fly ash alone or in combined form // Journal of Electrical and Electronics Engineering. 2016. Vol. 11, no. 3. P. 34-39. https://doi.org/10.9790/1676-1103033439.
  17. Saravanakumar P., Gopalakrishnan P., Sivakamidevi M., Archana E.S. Domestic wastewater treatment using flyash as adsorbent // International Journal of Engineering and Advanced Technology. 2019. Vol. 8, no. 5. P. 1465-1468.
  18. Wang J., Guo X. Adsorption kinetic models: physical meanings, applications, and solving methods // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 390. P. 122156. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122156.
  19. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1982. 168 с.
  20. Bushumov S.A., Korotkova T.G. Determination of physical and chemical properties of the modified sorbent from ash-and-slag waste accumulated on ash dumps by hydraulic ash removal // Rasayan Journal of Chemistry. 2020. Vol. 13, no. 3. P. 1619-1626. https://doi.org/10.31788/RJC.2020.1335454.
  21. Korotkova T.G., Bushumov S.A., Ksandopulo S.Yu., Solonnikova N.V. Studying the efficiency of treatment model mixtures of petroleum products with the modified sorbent made of ash-and-slag during dynamic sorption // Journal of Ecological Engineering. 2019. Vol. 20, no. 11. P. 202-209. https://doi.org/10.12911/22998993/113582.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».