Chemical reduction of nitrates in the wastewater from 2-EHN production

• Autorzy: Barbusiński K. , Żołnierczyk M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The objective of the research was to determine the efficiency of nitrate removal from wastewater from 2-ethylhexyl nitrate production using chemical reduction process. The average concentration of nitrate nitrogen in raw wastewater was about 5.2 g/dm3. The processes of chemical reduction were conducted both in batch and continuous flow reactor under strongly acid conditions using two reducers: steel swarf, as a source of iron, and technical grade urea. In the batch process the maximum degree of nitrate removal equal to 24.4% was obtained in the process modification with pre-digesting of the steel swarf in a concentrated acid. The continuous process was carried out in a single, two- and three-stage system. In order to increase the efficiency of reaction the wastewater was heated to a temperature 70–75°C. The impact of degree of wastewater recirculation, temperature and quantity of steel swarf on the reaction efficiency was evaluated. In optimal conditions (pH<1; temperature in the range of 70–75°C) the maximum degree of nitrate removal equal to 92.2% was obtained in a two-stage system at six times of recirculation of wastewater. However, for economic reasons as the best modification it was a triple-stage system at tenfold recirculation (effectiveness 89.3%), in which the wastewater was heated only to 34°C, i.e. the actual temperature of wastewater from the production of 2-EHN.

PL

Celem badań było określenie efektywności usuwania azotanów(V) ze ścieków z produkcji azotanu 2-etyloheksylowego w procesie chemicznej redukcji. Średnie stężenie azotanów(V) w ściekach surowych wynosiło około 5.2 g/dm3. Procesy chemicznej redukcji realizowane były w układzie porcjowym oraz przepływowym w warunkach silnego zakwaszenia ścieków przy wykorzystaniu dwóch rodzajów reduktorów: wiórków stalowych jako źródła jonów żelaza i mocznika. W układzie porcjowym maksymalny stopień usunięcia azotanów(V) równy 24.4% uzyskano dla modyfikacji z wykorzystaniem wstępnego roztwarzania stalowych wiórków w stężonym kwasie. Proces redukcji w układzie przepływowym prowadzono w systemie jedno-, dwu- i trójstopniowym. W celu zwiększenia efektywności procesu redukcji ścieki były podgrzewane do temperatury 70–75°C. Oceniano wpływ stopnia recyrkulacji ścieków, temperatury i ilości wiórków stalowych na efektywność reakcji redukcji. W najkorzystniejszych warunkach (pH<1; temp. w zakresie 70–75°C) maksymalny stopień redukcji azotanów(V) równy 92.2% uzyskano w systemie dwustopniowym przy sześciokrotnej recyrkulacji ścieków. Jednak z powodów ekonomicznych za najlepszą modyfikację uznano trzystopniowy system z dziesięciokrotną recyrkulacją (efektywność 89.3%), w którym ścieki podgrzewano jedynie do 34°C tzn. do rzeczywistej temperatury ścieków z produkcji 2-EHN.

Słowa kluczowe

EN

chemical reduction; chemical denitrification; nitrates; 2-ethylhexyl nitrate

PL

redukcja chemiczna; denitryfikacja chemiczna; azotan; azotan 2-etyloheksylu

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 9, no. 4
• Strony: 101--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Barbusiński K.

• The Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Institute of Water and Wastewater Engineering, Konarskiego 18, 44-100, Gliwice, Poland

autor

Żołnierczyk M.

• Seen Technologie, Toszecka 102, 44-100, Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Wiśniewski J., Różańska A.; Usuwanie azotanów z roztworów wodnych metodą elektrodializy. Ochrona Środowiska (Removal of Nitrates from Water Solution by Electrodialysis), No.4, 2002; pp.11-15 (in Polish)
• [2] Nitrates and Nitrites; TEACH Chemical Summary, U.S. EPA, Toxicity and Exposure Assessment for Children’s Health, 2006
• [3] Rodríguez-Maroto J.M., García-Herruzo F., García- Rubio A., Gómez-Lahoz C., Vereda-Alonso C.; Kinetics of the chemical reduction of nitrate by zerovalent iron. Chemosphere, Vol.74 2009; pp.804-809 (doi:10.1016/j.chemosphere.2008.10.020)
• [4] Salwiczek Sz., Barbusiński K.; Zastosowanie odczynnika Fentona i metody UV/H2O2 do usuwania zanieczyszczeń organicznych ze ścieków z produkcji azotanu 2-etyloheksylowego. Przemysł Chemiczny (Use of Fenton reagent and the UV/H2O2method for removal of organic compounds from wastewater from 2-ethylhexyl nitrate production). Vol.92, 2013; pp.464-468 (in Polish)
• [5] Guibet J.C., Faure B.E.; (1999) Fuels and Engines: technology, energy and environment. Editions Technip, Paris, Vol.1, 1999; pp.1-385
• [6] Clothier P.Q.E., Aguda B.D., Moise A., Pritchard H.O.; How do diesel-fuel ignition improvers work? Chem. Soc. Rev., Vol.22, 1993; pp.101-108
• [7] Bornemann H., Scheidt F., Sander W.; Thermal decomposition of 2-ethylhexyl nitrate (2-EHN). Int. J. Chem. Kinet., Vol.34, 2002; pp.34-38
• [8] High Production Volume (HPV) Challenge Program – Final Submission For Nitric Acid, 2-Ethylhexyl Ester, The American Chemistry Council, 2006
• [9] Solano-Serena F., Nicolau E., Favreau G., Jouanneau Y., Marchal R.; Biodegradability of 2-ethylhexyl nitrate (2-EHN), a cetane improver of diesel oil. Biodegradation, Vol.20, 2009; pp.85-94
• [10] Wenliang G., Naijia G., Jixin Titania C.; Supported Pd- Cu bimetallic catalyst for the reduction of nitrate in drinking water. Applied Catalysis B: Environmental, Vol.46, 2003; pp.341-351
• [11] Liou Y.H., Lin C.J., Hung I.C., Chen S.Y., Lo S.L.; Selective reduction of NO3 to N2 with bimetallic particles of Zn coupled with palladium, platinum, and copper. Chem. Eng. J., Vol.181-182, 2012; pp.236-242 (doi:http://dx.doi.org/10.1016/j. cej.2011.11.071)
• [12] Liou Y.H., Lin C.J., Weng S.C., Ou H.H., Lo S.L.; Selective decomposition of aqueous nitrate into nitrogen using iron deposited bimetals. Environ. Sci. Technol., Vol.43, 2009; pp.2482-2488 (doi:http://dx.doi.org/10.1021/es802498k.19452905)
• [13] Pawełczyk A.; Badania nad usuwaniem azotanów ze ścieków przemysłowych metodą redukcji do wolnego azotu (Removal of Nitrates from Industrial Wastewater by Reduction to Free Nitrogen). Ochrona Środowiska, Vol.30, 2008; pp.45-48 (in Polish)
• [14] PN-ISO 15705:2005. Jakość wody. Oznaczanie indeksu chemicznego zapotrzebowania tlenu (SP-ChZT). Metoda zminiaturyzowana z zastosowaniem szczelnych probówek (Water quality – Determination of the chemical oxygen demand index (ST-COD) – Smallscale sealed-tube metod), (in Polish)
• [15] Fan X., Guan X., Ma J., Ai H.; Kinetics and corrosion products of aqueous nitrate reduction by iron powder without reaction conditions control. Journal of Environmental Sciences, Vol.21, 2009; pp.1028-1035
• [16] Seunghee C., Yoon-Young C., Kyung-Yub H., Jeehyeong K.; Kinetics of reductive denitrification by nanoscale zero-valent iron. Chemosphere, Vol.41, 2000; pp.1307-1311
• [17] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (The Reagulation of the Minister of the Environment of 18th November 2014 on the conditions to be met when discharging sewage into water or soil and on substances particularly harmful to the aquatic environment), Dz.U. z 2014 r. Poz. 1800, Warszawa 2014 (in Polish)

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).