Рассмотрены новые способы и оборудование для очистки и обезвреживания нефтезагрязненных производственных сточных вод промышленных предприятий, в том числе предприятий нефтегазового комплекса, предложенные в патентах и научно-технической литературе промышленно развитых стран мира и отличающиеся улучшенными характеристиками. Показано, что процесс создания новых конструкций фильтров, установок и устройств для эффективной очистки и обезвреживания сточных вод нефтегазовых, нефтеперерабатывающих, нефтехимических, химических и других промышленных предприятий является составной частью научно-технического прогресса и обусловлен все возрастающими экологическими и санитарно-гигиеническими требованиями к очищенным сточным водам, сбрасываемым в природные водоемы или на рельеф местности.
Предприятия нефтегазового комплекса являются стратегической отраслью экономики Российской Федерации и вносят значительный вклад в загрязнение окружающей среды. Используемые традиционные и новые высокоэффективные способы очистки производственных сточных вод от вредных примесей в состоянии почти полностью удовлетворять современным стандартам экологии, энерго- и ресурсосбережения.
К наиболее распространенным и опасным загрязнителям производственных сточных вод промышленных предприятий, особенно предприятий нефтегазового комплекса, относятся нефть и нефтепродукты [1]
Токсическое действие нефти и нефтепродуктов на растения и живые организмы, а также на абиотические компоненты окружающей среды чрезвычайно высоко. Для природных водоемов с поступлением в них недостаточно очищенных производственных сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, можно выделить следующие формы содержания нефти в водной среде: плавающую (свободную), растворенную (до 2) и эмульгированную. Свободная нефть плавает на поверхности открытых водоемов либо, просачиваясь через грунт, образует на поверхности подземных водоносных горизонтов так называемые линзы (техногенные месторождения). Пленка нефти на поверхности водоема препятствует процессу поглощения водой кислорода из атмосферы, что может оказаться гибельным для живого мира водоема. Растворенные и эмульгированные в воде нефтепродукты относятся к числу трудноокисляемых микроорганизмами веществ, поэтому самоочищение водоемов от нефтепродуктов является длительным процессом. Следовательно, возникает необходимость очистки нефтесодержащих сточных вод до такой степени, чтобы при смешивании сбрасываемых в водоем очищенных сточных вод с водой водоема предельно допустимые концентрации вредных веществ не превышали установленных норм.
Переработка нефти технологически связана с использованием водных ресурсов, поэтому нефтегазовые, химические, нефтехимические и нефтеперерабатывающие предприятия территориально привязаны к природным водоемам и, таким образом, являются потенциальными загрязнителями гидросферы. Вместе с нефтесодержащими производственными сточными водами в природные водные объекты и на рельеф местности попадают такие вредные примеси, как взвешенные твердые и пластичные частицы различного химического состава, ионы тяжелых металлов, фенолы, кислоты, щелочи, соли, смолы, токсичные вещества и др.
Любой сброс плохо очищенных производственных сточных вод в водоемы или на рельеф местности в той или иной степени нарушает водопотребление (применение воды для питьевых нужд), ухудшает водопользование (использование воды для купания, спорта, полива садовых и огородных культур и др.), вода становится непригодной и для промышленных нужд. Поэтому перед сливом производственных сточных вод в канализационные системы, системы оборотного водоснабжения, водоемы или на рельеф местности они должны быть очищены до требуемых предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ. Наиболее уязвимы к техногенному загрязнению подземные воды, в которых со временем накапливаются вредные загрязнения от производственных сточных вод.
Очистка и обезвреживание производственных сточных вод от вредных примесей осуществляется с помощью механических, силовых, адсорбционных, абсорбционных, физико-химических, химических, термических, биологических и других способов очистки [1].
В последние годы ведущие в области фильтровальной техники российские и зарубежные фирмы разработали, запатентовали и выпускают новые конструкции гидравлических фильтров, очистительных установок и устройств для производственных сточных вод, отличающихся улучшенными характеристиками.
Механическая очистка позволяет извлекать из сточных вод взвешенные твердые и пластичные частицы различных веществ, а также нефтепродукты, находящиеся в грубодисперсном (капельном) состоянии. Механические фильтры по способу удержания частиц загрязнений из очищаемых сточных вод и природе фильтрующего материала подразделяют на поверхностные и объемные. Поверхностные фильтры имеют тонкослойную фильтрующую перегородку со значительно развитой поверхностью входа для очищаемых сточных вод и задерживают загрязняющие частицы в основном на поверхности перегородки, для изготовления которой используются металлические и неметаллические сетки, ткани, картон и т. д.
Объемные фильтры в сравнении с поверхностными обычно имеют значительно большее гидравлическое сопротивление.
Увеличенным сроком непрерывной механической очистки агрессивных производственных сточных вод от взвешенных частиц загрязнений отличается фильтрующая установка [2], содержащая корпус в виде станины 1 (рис. 1), в верхней части которой располагается емкость-накопитель 3, снабженная горловиной 4 для подвода сточных на очистку. Между емкостью-накопителем 3 и фильтровальной перегородкой в виде нетканых гидрофобных полимерных мешков 5 располагается соединительный трубопровод 2. Фильтрующие мешки 5 установлены в металлических поддерживающих сетках 6, закрепленных в станине 1 в вертикальном положении (на рис. 1 устройства для закрепления поддерживающих сеток 6 в станине 1 в вертикальном положении не показаны). Очищенные сточные воды собираются в поддоне 7 и отводятся потребителю через патрубок 8.
Фирма Knoll Maschinenbau GmbH (Германия) выпускает пять типоразмеров гидравлических механических ленточных фильтров марки KF [3], Очистка сточных вод от механических частиц загрязнений осуществляется через участок фильтрующей ленты, изготовленной из пористого бумажного полотна. После отложения на ней слоя частиц загрязнений определенной толщины включается привод, и загрязненный участок ленты заменяют чистым. Лента таким образом перематывается с одного барабана на другой, проходя стадию регенерации (очистки). Фильтры удобны в эксплуатации и обеспечивают качественную очистку сточных вод от твердых частиц при их расходе от 110 до 600 л/мин.
Фирма Hydac Fluidtechnik GmbH (Германия) изготавливает встраиваемые в трубопроводы механические фильтры марки DF/DFF 1500, рассчитанные на сравнительно высокое давление сточных вод и их расход до 1000 л/мин [4]. Фильтры удобны в эксплуатации и имеют большой ресурс работы.
Силовая очистка, как и механическая очистка, служит для удаления из производственных сточных вод крупнодисперсных взвесей и обычно применяется в качестве первой стадии в общей системе очистки. Фильтрация сточных вод осуществляется за счет действия силовых полей – гравитационного, центробежного, магнитного, электрического и др.
Удобно в эксплуатации, имеет высокую производительность и технологично в изготовлении устройство для силовой очистки нефтесодержащих сточных вод [5], включающее гидроциклоны, цилиндрические камеры на сливах гидроциклонов‚ отстойник, разделенный вертикальными перегородками на секции, в которых расположены перфорированные распределительные устройства, в его нижней части размещены трубчатый дырчатый сборный коллектор системы удаления осадка, а выше коллектора с двух сторон расположена система смыва осадка.
Вторая вертикальная перегородка закреплена по всему периметру внутренней стенки отстойника. В ее верхней части выполнены отверстия, в которых закреплены трубчатые дырчатые телескопические коллекторы-распределители, имеющие отверстия вдоль верхней части в шахматном порядке и под углом 45° к вертикальной оси коллекторов. Коллекторы-распределители верхней плоскостью размещены на уровне границы фаз «нефть – высококонцентрированная эмульсия». В верхней части отстойника в пространстве между первой вертикальной перегородкой, не доходящей до нижней части отстойника, и второй вертикальной перегородкой установлен нефтесборник с патрубком отвода нефти.
Повышенной степенью автоматизации и высокой эффективностью процесса обезвоживания осадка сточных вод после силовой очистки отличается горизонтальный отстойник [6], содержащий корпус 15 (рис. 2), устройство для подвода сточных вод, содержащих взвешенные вещества, на очистку 9 и отвода осветленных сточных вод 16, дренажное устройство 10, вакуумный бак 3, соединенный с дренажным устройством 10 и оборудованный верхним трубопроводом 4 для соединения с устройством для создания вакуума 6 с затвором 5, нижним трубопроводом для отвода сточных вод 2 с затвором 1 и датчиком верхнего уровня сточных вод 7, который соединен электроавтоматикой с устройством для создания вакуума 6. Отстойник оборудован вертикальной трубой 13, которая установлена в корпусе 15 вблизи дренажного устройства 10 и которая в нижней части оснащена сетчатым фильтром 11 и датчиком уровня воды 14, соединенным электроавтоматикой с устройством для создания вакуума 6.
В корпусе 15 происходит выпадение в осадок взвешенных веществ из потока очищаемых сточных вод, и при заполнении корпуса 15 осадком до заданного уровня (не выше уровня размещения устройства 18 для слива сточных вод) подача сточных вод через устройство 9 в корпус 15 прекращается, открывается затвор 17 и через устройство 18 для слива сточные воды, находящиеся над слоем осадка, выпускаются из корпуса 15 и направляются по назначению. После этого включается устройство 6 для создания вакуума, и сточные воды через дренажное устройство 10 по трубопроводу 12 поступают в вакуумный бак 3, оборудованный датчиком нижнего уровня сточных вод 8. Затвор 5 на верхнем трубопроводе 4 в это время находится в открытом положении. Отвод сточных вод из корпуса 15, а следовательно, и обезвоживание осадка осуществляется за счет напора, создаваемого в вакуумном баке 3 устройством 6. Использование устройства 6 обеспечивает сокращения продолжительности процесса обезвоживания осадка в горизонтальном отстойнике.
К физико-химическим видам очистки сточных вод от нефтепродуктов и других загрязнении относят коагуляцию, флотацию, флокуляцию и адсорбцию. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод коллоидно-дисперсных частиц (размером 1–100 мкм). Применение процесса флотации позволяет интенсифицировать всплывание нефтепродуктов за счет обволакивания их пузырьками воздуха, который подается в сточные воды. В зависимости от процесса образования пузырьков воздуха различают следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, биологическую, вибрационную и электрофлотацию.
Технологическая схема глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод от широкого спектра загрязнений до требований, предъявляемых к оборотной технической воде, с использованием метода напорной флотации на завершающем этапе механической очистки сточных вод в нефтеловушках перед подачей их на сооружения биологической очистки показана на рис. 3 [7]. Применение метода напорной флотации в данном случае не только повышает эффективность выделения мелкодисперсных взвешенных веществ, эмульгированных нефтепродуктов, коллоидных органических загрязнений и частично растворенных органических соединений из сточных вод на завершающем этапе механической очистки, но и сокращает время пребывания очищаемых сточных вод с 1,5–2 ч при отстаивании до 30–40 мин.
Технологическая схема глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод (рис. 3) включает трубопровод подачи нефтесодержащих сточных вод на очистку 1, блоки механохимической очистки 2 и биологической очистки 3,установку напорной флотации 4, трубопроводы подачи очищенных сточных вод в оборотную систему водоснабжения 5, подачи биогенной добавки 6, подачи воздуха 7, подачи флокулянта 8, подачи нефтепродуктов на утилизацию 9, подачи осадка на обезвоживание 10 и подачи избыточного активного ила на обезвоживание и компостирование 11.
Для повышения эффективности работы установки напорной флотации 4 в очищаемые нефтесодержащие сточные воды вводят реагенты (коагулянты, флокулянты).
Применение напорной флотации в технологической схеме глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод определяется главным образом количественным и качественным составом сточных вод, подлежащих очистке, требованиями, предъявляемыми к очищенной оборотной технической воде, а также экономическими показателями (капитальными затратами, эксплуатационными расходами).
В установке фирмы Ashbrook Simon-Hartley Operations and Co (США) для очистки производственных сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, взвешенными частицами и другими загрязнениями используется способ пневматической флотации [8], включающий следующие стадии: неочищенные сточные воды подаются во флотатор‚ одновременно через диспергаторы, расположенные в донной зоне флотатора, подается воздух в виде мельчайших пузырьков равномерно по сечению флотатора, происходит обволакивание пузырьками воздуха и всплывание нефтепродуктов в виде пены, скапливающейся в кольцевом сборнике между зеркалом сточных вод во флотаторе и его крышкой, отсасывание нефтесодержащей пены в пеносборник, отвод очищенных от нефтепродуктов сточных вод. Установка предусматривает изменение уровня очищаемых сточных вод во флотаторе.
Повышенной производительностью и высоким качеством очистки производственных сточных вод от взвешенных частиц загрязнений отличается фильтр-флокулятор [9], содержащий цилиндрический корпус 2 (рис. 4), внутри которого размещена цилиндрическая камера флокуляции 4, в которую по двум тангенциальным трубопроводам поступают на очистку загрязненные сточные воды. В камере флокуляции 4 за счет вращательного характера движения потока очищаемых сточных вод происходит перемешивание и укрупнение содержащихся в сточных водах взвешенных частиц загрязнений и осаждение наиболее крупных частиц. Затем сточные воды через диафрагму 1 движением сверху вниз поступают в нижнюю часть корпуса 2 и далее, движением снизу вверх, распространяются в пространстве между камерой флокуляции 4 и стенкой корпуса 2 (зона отстаивания). В зоне отстаивания сточные воды потоком снизу вверх входят в каналы тонкослойных модулей 3. Здесь взвешенные частицы загрязнений, еще оставшиеся в очищаемых сточных водах, оседают на дно каналов модулей 3, укрупняются и сползают вниз. Размеры этих укрупненных частиц загрязнений таковы, что скорость их осаждения превышает скорость восходящего потока сточных вод. Очищенные сточные воды из тонкослойных модулей 3 отводятся через водосборный лоток 6. Осадок из частиц загрязнений скребковым механизмом 8 перемещается к центру конического днища корпуса 2 и удаляется через патрубок 9. Для предотвращения прохода сточных вод без очистки в тонкослойных модулях 3 зазоры между ними и стенкой корпуса 2 и между ними и стенкой камеры флокуляции 4 закрыты горизонтальной перегородкой 7, расположенной на уровне верхних оснований тонкослойных модулей 3.
Фирма Envico Chemic GmbH (Германия) изготавливает компактные установки для очистки нефтесодержащих сточных вод в модульном исполнении [10], работающие по флотационному способу. Установки имеют производительность 10÷200 м3/день, снижают содержание нефтепродуктов в очищенных сточных водах до уровня ниже 10 мг/л, отличаются высокой надежностью.
Повышение эффективности флотационной очистки производственных сточных вод достигается за счет использования гидродинамических устройств [11], позволяющих получить тонкодисперсную водовоздушную смесь с высоким газосодержанием. Переведенные в нерастворимую форму загрязнения из очищаемых сточных вод выпадают в осадок, при этом захватываются и нерегенирируемые нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, органические добавки и др.
Одним из наиболее эффективных способов удаления растворенных вредных примесей и нефтяных загрязнений из производственных сточных вод является адсорбционная очистка. К преимуществам адсорбционной очистки относятся: возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации, независимо от их химической устойчивости, отсутствие вторичных загрязнений и управляемость процессом.
Качественную адсорбционную очистку сточных вод от растворенных в них химических веществ обеспечивает устройство [12], содержащее воронку 1 (рис. 5) для очищаемых сточных вод, колонну 3, приемное устройство 6 для очищенных сточных вод, переходник 4 между воронкой 1 и приемным устройством 6, сорбционный контейнер, состоящий из решетчатых дна 8 и крышки 10. Внутри сорбционного контейнера помещены гранулы адсорбента 9. Вся конструкция устройства собирается по типу пирамидки, причем соединительные детали верхней части входят в детали нижней части. Собранная конструкция закрепляется с помощью трех болтов 2 и гаек 7, установленных с внешней стороны устройства.
При проведении процесса очистки загрязненные сточные воды, находящиеся в воронке 1, проходят в приемное устройство 6 через слой гранул адсорбента 9, находящийся в сорбционном контейнере, при этом к патрубку 5 приемного устройства 6 подключается вакуум-насос. После проведения процесса очистки сточных вод сорбционный контейнер с гранулами адсорбента 10 вынимается из устройства и отправляется на регенерацию адсорбента. Устройство для очистки сточных вод удобно в эксплуатации и транспортировке.
Процесс ускоренного получения гранул адсорбента повышенной механической прочности и высокой сорбционной активности [13] осуществляют следующим образом. В водную дисперсию гуминсодержащего материала добавляют раствор силиката натрия, проводят формирование гранул, их высушивание, обработку раствором минеральной кислоты и отмывку. Проведение операции обезвоживания гранул адсорбента осуществляют с использованием центрифугирования и микроволнового излучения. Обезвоживание гранул после отмывки проводят до появления на их поверхности пористой стекловидной корки.
Высокими сорбционными характеристиками обладает адсорбент [14], полученный карбонизацией при температуре 700–800 °С кремнеземистого сапропеля с содержанием минеральных веществ 54–85 % масс. Испытания адсорбента при комплексной очистке сточных вод показали снижение вредных веществ в очищенных сточных водах до норм ПДК в рыбохозяйственных водоемах.
Одной из наиболее опасных примесей, содержащихся в производственных сточных водах, считаются ионы тяжелых металлов, которые относятся к экотоксикантам, имеющим приоритетное значение по степени опасности для окружающей среды и здоровья человека.
К отраслям промышленности, загрязняющим окружающую среду ионами тяжелых металлов, относят нефтехимическую отрасль, черную и цветную металлургию, добычу твердого и жидкого топлива, горно-обогатительные комплексы, стекольное, керамическое, электротехническое производство, машиностроение и др.
Практически каждое промышленное предприятие содержит в своем составе цех или участок гальванопокрытий, при этом в мировом производстве гальванопокрытием обрабатывается огромные площади металлических поверхностей. На эти цели расходуются сотни тысяч тонн тяжелых металлов: 15 % добываемого никеля, 50 % кадмия, 25 % олова [15]. Со сточными водами гальванотехники уносятся и безвозвратно теряются тысячи тонн металлов, которые наносят существенный вред окружающей среде.
Таким образом, ионы тяжелых металлов представляют огромную опасность для биосферы и, в частности, для гидросферы, независимо от путей проникновения их в водные объекты.
Эффективно очищаются производственные сточные воды от ионов тяжелых металлов способом очистки [16], включающим обработку сточных вод жидким щелочным торфо-гуминовым препаратом при его отношении к раствору сточных вод от 1:100 до 1:1000. Затем осадок металлорганических комплексов подвергают термическому обогащению отжигом при температуре 450–600 °С для извлечения полезных компонентов (тяжелых металлов), т.е. для того, чтобы осуществить промышленную переработку производственных сточных вод и при этом снизить затраты на утилизацию отходов.
Флотационная очистка производственных сточных вод в значительной степени зависит от количества диспергируемого воздуха и размера образующихся газовых пузырьков, а также от условия контактирования газовых пузырьков с частицами загрязнений, преимущественно с гидрофобной поверхностью.
При флотации нефтепродукты адсорбируются в виде пленки на поверхности пузырьков воздуха. При слиянии пузырьков пленка утолщается, поднимается на поверхность, откуда удаляется достаточно несложными способами (через переливные пороги, черпалками, скиммерами, поверхностными сорбентами). Иногда применяется реагентная флотация, при которой вводимые в сточные воды вещества (как правило, соединения алюминия) повышают эффективность процесса. Это особенно необходимо в тех случаях, когда на поверхности микрокапель некоторых органических веществ и нефтепродуктов образуется слой, препятствующий коалесцированию (соединению капель).
Эффективность флотационной очистки зависит от площади границы раздела фаз и гидромеханических условий массопереноса к этой границе, иначе говоря, чем выше концентрация воздуха в очищаемых сточных водах и чем мельче пузырьки, тем лучше.
Для очистки сточных вод применяются флотаторы различных типов: барботажные (пневматические), напорные, импеллерные, инжекционные, пневмогидравлические.
Технология напорной флотации VODACO-DAF [17] для предварительной очистки нефтесодержащих сточных вод предприятий нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности представляет собой высокопроизводительную очистку с насыщением части потока очищаемых сточных вод воздухом. Основным преимуществом этой технологии является оптимизированная система насыщения, которая позволяет реализовать степень насыщения до 95 % (от практически достижимой), что приводит к снижению энергозатрат на очистку. В процессе очистки снижается количество нефтепродуктов в очищенных сточных водах до 50 мг/л, взвешенных веществ остается менее 20 мг/л.
Устройство для эффективной очистки нефтесодержащих сточных вод [18] содержит флотирующий, аэрирующий и накопительный узлы, последовательно сообщенные друг с другом. Во флотирующий стакан 2 (рис. 6), распложенный внутри кольцевой герметичной емкости 3 флотирующего узла, через трубопровод 14, при открытом вентиле 15, поступают нефтесодержащие сточные воды на очистку. В герметичной емкости 3 через вакуумирующую линию 1 создают разрежение воздуха, равное 0,1–0,3 ата. В результате в объеме нефтесодержащих сточных вод происходит выделение мелкодисперсной газовой фазы, что приводит к флотированию содержащихся в сточных водах частиц нефтепродуктов с образованием концентрированного пенного продукта 18, удаляемого через трубопровод 17. Сточные воды, прошедшие очистку вакуумной флотацией, поступают в кольцевую емкость 3, откуда по трубе 5 направляются в одну из двух накопительных емкостей 4 или 16, при этом емкости 4 и 16 заполняют и опорожняю поочередно. Использование двух попеременно наполняющихся накопительных емкостей 4 и 16 позволяет осуществлять подачу сточных вод в аэрирующий узел без использования дополнительного перекачивающего насоса.
В сопловой насадок 12 от источника сжатого воздуха по трубопроводу 10 подают сжатый воздух, который эжектирует насыщаемые нефтесодержащие сточные воды, прошедшие ступень вакуумной флотации, которые поступают в сопловой насадок 12 по трубе 7. В результате из верхнего отверстия А соплового насадка 12 распыляется факел Б, состоящий из мелкодисперсных частиц аэрируемой среды. За счет большой площади поверхности раздела жидкой и газовой фаз мелкие частицы очищаемых нефтесодержащих сточных вод с большой эффективностью абсорбируют в себя воздух. При этом за счет подачи сжатого воздуха в резервуаре 8 создается избыточное давление, величину которого контролируют регулятором давления воздуха 13.
Каплеформирующий кольцевой выступ 6 препятствует стеканию сточных вод по стенкам резервуара 8, увеличивая тем самым площадь и время контакта между жидкой и газовой фазами.
Насыщенные воздухом сточные воды скапливаются в донной части резервуара 8. При этом насыщенные сточные воды, в зависимости от концентрации в них нефтепродуктов и требований к степени очистки, могут направляться как для повторной обработки во флотирующий узел по возвратному трубопроводу 11, так и в следующую ступень вакуумной очистки через открытый вентиль 9.
Устройство позволяет обеспечить непрерывность процесса насыщения и увеличение степени насыщения воздухом очищаемых нефтесодержащих сточных вод, прошедших ступень вакуумной флотации.
Биологический способ наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений и заключается в их окислении микроорганизмами. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов требуются не только органические вещества, но и биогенные элементы, такие как азот, кальций, фтор, хлор и др. Биохимическую очистку производственных сточных вод промышленных предприятий ведут в аэро- и биофильтрах, аэротенках, биологических реакторах и прудах.
Для эффективной очистки сточных вод от органических и неорганических соединений, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, а также для дезактивации сточных вод от вирусов, бактерий, микробов предназначена экологически чистая установка [19], включающая корпус 7 (рис. 7), систему подогрева 4 и последовательно расположенные в корпусе 7 по ходу движения очищаемых сточных вод секции очистки.
Сточные воды на очистку поступают через входной патрубок 5 корпуса 7 в камеру 6 гашения скорости жидкостного потока, где происходит снижение, выравнивание его скорости, изменение направления движения и первичное отделение крупных и тяжелых частиц загрязнений. Далее сточные воды поступают в камеру 3 первичного отстаивания, где происходит также осаждение крупных и тяжелых частиц загрязнений. Очищаемые сточные воды, нагретые в камере 3 системой подогрева 4 до необходимой температуры, обеспечивающей оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, через нижний перелив поступают в камеру 8 тонкого отстаивания для осветления сточных вод. При этом скорость проходящего между пластинами 2 жидкостного потока резко падает.
В результате столкновения с ребрами 25, выполненными на нижней поверхности пластин 2, частицы загрязнений задерживаются в них, осадок стекает в конусообразное углубление 1 днища. На верхних пластинах 2 осаждаются самые тонкие маленькие частицы. Одновременно в камере 8, где обеспечены оптимальные температурные условия для микроорганизмов, начинается процесс сбраживания растворенных органических веществ, содержащихся в сточных водах, до более простых соединений. Осветленные сточные воды (стоки) с частично разложившимися органическими соединениями из камеры тонкослойного отстаивания 8 поступают через верхний перелив в первую камеру секции 9 с иммобилизованными на носителях 23 микроорганизмами – деструкторами. Здесь происходит более полное разложение растворенных в воде органических соединений на более простые вещества. После прохождения стоков через камеры секции 9, разделенные перегородкой 24, осветленные стоки с разложившимися органическими соединениями поступают в секцию 10, где происходит окончательное разложение органических соединений. В камеры секции 10 через воздуховоды 11 и мелкопузырчатые дисковые аэраторы 22 от источника сжатого воздуха поступает воздух в виде мельчайших пузырьков размером до 100 мкм, что необходимо для обеспечения жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. В секции 10 происходит полная минерализация активного ила, в результате чего он становится неспособным к загниванию. После секции 10 очищенные стоки поступают в камеру 12 тонкослойного отстаивания и доочистки, где происходит осаждение иловых частиц в конусообразное углубление 21 днища. Далее сточные воды (стоки) поступают в камеру фильтрации 20, а затем в камеру доочистки с секциями 19, 14 и графитовыми фильтрами 17, где происходит доочистка стоков от эмульгированных нефтепродуктов, вирусов и бактерий. Вторая 19 и третья 14 секции доочистки стоков разделены перегородками 13 и 18, которые выполнены в виде последовательно расположенных друг за другом пластин с каналом между ними для перетекания стоков, причем нечетные пластины 13 закреплены на верхнем основании корпуса 7, а четные пластины 18 – на нижнем основании корпуса 7. Такое закрепление пластин позволяет создать узкий канал между ними для перетекания стоков из одной секции в другую.
В графеновых фильтрах 17 ионы серебра 15, находящиеся между нанотрубками, при контакте с вирусами, бактериями, микробами, простейшими дезактивируют стоки. Размеры нанотрубок графена достаточно малы (размеры м), они пропускают молекулы, но удерживают эмульгированные нефтепродукты, вирусы и бактерии (размеры м, м) в своем объеме и эффективно очищают сточные воды. Очищенные сточные воды отводятся потребителю из камеры доочистки 14 через патрубок 16. Для обеспечения регенерации графеновые фильтры 17 выполнены в виде съемных кассет.
Эффективность очистки сточных вод от взвешенных частиц загрязнений, эмульсированных нефтепродуктов, масел, жиров, поверхностно-активных веществ, вирусов, бактерий, микробов в установке микробиологической очистки сточных вод достигает 98–99 %.
Фирма Kamiyama Takao, Sis Eng Со‚ Ltd (Республика Корея) запатентовала в США устройство для эффективной биологической очистки сточных вод [20] от органических соединений, состоящую из двух ванн: анаэробной и аноксидной. Подвижная перегородка отделяет аноксидную ванну от анаэробной ванны и может перемещаться, изменяя объемы этих ванн. Для подвода воздуха в очищаемые сточные воды в аноксидной ванне установлены воздушные сопла, а активный ил из анаэробной ванны подается в аноксидную.
Образующийся при биологической очистке производственных сточных вод активный ил представляет большую проблему при утилизации как многотоннажный отход [21].
Одним из способов утилизации активного ила является использование его в качестве биофлокулянта, что позволяет решать задачу не только его утилизации, но и интенсификации процесса очистки сточных вод [22]. При этом активность использования активного ила повышается с применением его предварительной обработки, позволяющей подавать активный ил в сгущенном виде, а также путем его активации. Полученные результаты экспериментальных исследований показали, что при регентной и флотационной обработке активного ила перед использованием его в качестве биофлокулянта его объем удается сократить в 1,5–3 раза.
Удобно в эксплуатации мобильное устройство для комплексной очистки сточных вод от взвешенных веществ, хлоридов, сульфатов и других загрязнений [23], состоящее из последовательно расположенных по спирали отстойника, зернистого механического фильтра, адсорбционного фильтра, емкости для очищенных сточных вод, которые находятся в едином цилиндрическом корпусе, изготовленном из прочного и легкого стеклопластика, не поддающегося агрессивному воздействию очищаемых сточных вод.
Устройство позволяет эффективно осуществлять очистку сточных вод, имеет простую конструкцию, технологично в обслуживании
Высокое качество комплексной очистки сточных вод от взвешенных частиц загрязнений, нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов и болезнетворных микробов обеспечивает способ очистки [24], включающий многоступенчатую механическую очистку в емкости проточного типа с грубой и промежуточной фильтрацией, обработку очищаемых сточных вод магнитным полем и финишную фильтрацию в конце очистки. Одновременно с фильтрованием поток очищаемых сточных вод подвергается электролизу, обработкой окислителем и УФ-обработкой. После финишной фильтрации сточные воды дополнительно отстаиваются.
Интенсивное развитие промышленности в Российской Федерации обуславливает рост потребления пресной воды из природных водных объектов. С увеличением потребления воды в производственных процессах промышленных предприятий соответственно возрастает и количество сточных вод, которые достаточно часто сбрасываются на рельеф местности и в природные водные объекты в недостаточно очищенном виде, что влечет за собой их загрязнение. Так, по данным ежегодного доклада «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации» [25] в 2015 г. в водные объекты России было сброшено 14 420 млн загрязненных сточных вод.
Существующие способы очистки и обезвреживания сточных вод и очистное оборудование весьма различны как по достижимой эффективности, так и по капитальным и эксплуатационным затратам. Рациональный способ очистки и очистное оборудование должны выбираться с учетом этих обстоятельств при обязательном условии детального изучения особенностей производства.
Требования к защите водных объектов: океанов, морей, озер, рек, прудов, болот, подземных вод и т.д. постоянно растут. В связи с этим необходимо целенаправленно разрабатывать и внедрять более совершенные фильтры, устройства и установки для качественной очистки и обезвреживания производственных сточных вод от нефти, нефтепродуктов, взвешенных твердых и пластичных частиц и других загрязняющих примесей перед сбросом их в канализацию, водоемы или на рельеф местности.
Литература
1. Буренин В.В. Новые фильтры, устройства и установки для очистки сточных вод промышленных предприятий // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2018, № 1, с. 45–48.
2. Пат. 2564997 Россия. МПК СО2F. Установка для обезвоживания и утилизации осадков сточных вод / Г.В. Шишло. Опубл. 10.10.2013. Бюл. № 28.
3. Vliesfilter von Knoll mit vielen Vorteilen // Produktion. – 2005. – № 40. – p. 46.
4. Kann zwei Filter ersetzen // AGT. – 2005. – № 4. – S. 32.
5. Пат. 2408540 Россия. МПК C02F. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод / А.А. Адельшин, А.Б. Адельшин. Опубл. 10.01.2011. Бюл. № 1.
6. Пат. 2618063 Россия. МПК В01Д Горизонтальный отстойник с вакуумным обезвоживанием осадка / Д.В. Сталинский, В.Д. Мантула, С.И. Энштейн, С.Е. Никулин, З.С. Музыкина, Ю.А. Шляхова, Я.А. Чепракова. Опубл. 2.05.2017. Бюл. № 13.
7. 3yбapeвa Г.И., Черникова M.H. Технологические схемы глубокой
очистки нефтесодержащих сточных вод с применением метода напорной флотации // Экология и промышленность России. 2011, октябрь, с. 15–17.
8. Пат. 7282144 США. МПК B01D. Очистка сточных вод в процессе флотации. Опубл. 16.10.2007.
9. Пат. 2520486 Россия. МПК B01D. Тонкослойный флокулятор / Д.В. Сталинский, В.Д. Мантула, С.И. Энштейн, З.С. Музыкина. Опубл. 27.06.2014. Бюл. № 18.
10. Anlage zur Aufbereitung von lemulsionen aus Dieselkraftwerken // F und S: Filtr. und Separ. 2014, № 4, p. 28.
11. Андреев С.Ю., Петрунин А.А. Повышение эффективности флотационной очистки сточных вод за счет использования гидродинамических устройств // Энциклопедия инженера-химика. 2014, № 10, c. 30–34.
12. Пaт. 2484021 Россия. МПК C02F. Устройство для фильтрации вод различного генезиса и способ подготовки сорбирующего материала / Л.Г. Бондарева, А.А. Шубин. Опубл. 10.06.2013. Бюл. № 16.
13. Пaт.2455062 Россия. МПК B01J. Способ получения сорбента для сорбции тяжелых металлов / Р.Л. Дунин-Барковский. Опубл. 10.07.12. Бюл. № 19.
14. Коваленко Т.А., Авдеева Л.Н. Сорбент для комплексной очистки сточных вод, полученный из возобновляемого сырья – сапропеля: Тезисы докладов на 19 Менделеевском съезде по общей и прикладной химии 25–30 сентября 2011 г. – Волгоград: Химическое образование, 2011, c. 247.
15. Пролейчик А.Ю., Гапоненков И.А., Федорова О.А. Извлечение ионов тяжелых металлов из неорганических сточных вод // Экология и промышленность России, 2018, № 3, с. 35–39.
16. Пат.2497759 Россия. МПК C02F. Способ очистки промышленных сточных вод от тяжелых металлов / А.А. Богуш, B.Г. Воронин, Г.Н. Аношин. Опубл. 10.11.2013. Бюл. № 32.
17. Пaновa И.М., Найберт И. Флотационная очистка сточных вод, загрязненных нефтепродуктами // Экология производства, 2011. – № 10. – С. 70–72.
18. Пат.2485054 Россия. МПК C02F. Устройство для очистки нефтесодержащих и сточных вод / А.А. Еськин, К.В. Цыганкова‚ Г.А. Захаров, Д.С. Морозов. Опубл. 20.06.2013. Бюл. № 17.
19. Пат.2487087 Россия. МПК C02F. Установка микробиологической очистки сточных вод / B.B. Старших, Е.А. Максимов. Опубл. 10.07.2013. Бюл. № 19.
20. Пат. 8007665 США. МПК B01D. Усовершенствованное устройство для очистки сточных вод. Опубл. 30.08.2011.
21. Ксенофонтоф Б.С., Гончаренко Е.Е. Использование активного ила после предварительной флотационной обработки в качестве биофлокулянта // Экология и промышленность России, 2008, № 3, с. 10–14.
22. Deng S. Yu G., Ting Y. Production of biofloccuant and its application in dye removal. Colloids Surf. B: Biointerface. 2005. V. 44. № 4, p. 179–186.
23. Пат. 2617156 Россия. МПК C02F. Устройство для очистки сточных вод / А.К. Стрелков, С.Ю. Теплых, П.А. Горшкалев, Е.Г. Носова, А.М. Саргсян. Опубл. 21.04.2017. Бюл. № 12.
24. Пат. 2616463 Россия. МПК C02F. Способ очистки жидких смесей / Е.А. Погадаев. Опубл. 17.04.2017. Бюл. № 11.
25. О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2015 году: государственный доклад. М.:НИА-Природа, 2016 – 270 с.
