Для очистки и обезвреживания производственных сточных вод от нефти, нефтепродуктов и других загрязнений применяют механические, физико-химические, химические, термические, ионообменные, биологические и другие методы очистки.
Механическая очистка позволяет извлекать из сточных вод нефтепродукты, находящиеся в грубодисперсном (капельном) состоянии. Используемые для механической очистки отстойники, песколовки, нефтеловушки, решетки и другие устройства предназначены также для задержания основной массы сопутствующих загрязнений минерального происхождения (песок, земля), а также для защиты от износа и забивания устройств и сооружений, устанавливаемых за ними.
К физико-химическим методам очистки сточных вод от нефтепродуктов относят коагуляцию, флотацию и сорбцию. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из сточных вод коллоидно-дисперсных частиц (размером 1-100 мкм). Применение процесса флотации позволяет интенсифицировать всплывание нефтепродуктов за счет их обволакивания пузырьками воздуха, который подается в сточные воды. В зависимости от процесса образования пузырьков воздуха различают несколько видов флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, биологическую, вибрационную и электрофлотацию.
Для повышения скорости и эффективности очистки сточных вод от коллоидных и тонкодисперсных вредных примесей различной природы, не удаляющихся механическими способами, используются флокулянты – растворенные в сточных водах высокомолекулярные вещества, применяемые для отделения твердой фазы от жидкости и образующие с находящимися в воде грубодисперсными и коллоидными частицами трехмерные структуры (агрегаты, хлопья, комплексы). Основными характеристиками их флокулирующих свойств являются эффективность очистки сточных вод, степень обезвоживания осадка и доза.
Одним из наиболее эффективных методов глубокой очистки и обезвреживания производственных сточных вод от растворенных органических веществ является сорбция (адсорбция, абсорбция). В качестве адсорбентов применяют: силикагели, алюмогели, активированный уголь, торф, золу, активную глину, материалы на основе интеркалированного терморасширенного графита и его модификации и т.д.
В зависимости от состава вредных примесей и их состояния, содержащихся в сточных водах нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, нашли применение зернистые и адсорбционные фильтры.
Из методов химической очистки наибольший интерес вызывают процессы окисления, озонирования и хлорирования.
Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).
Озонирование заключается в окислении нефтепродуктов, тяжелых металлов, цианидов, сульфидов и ряд других примесей при воздействии активного окислителя – озона. Под действием озона в сточных водах происходит окисление примесей, например, цианид-ионов, с выделением кислорода.
Обезвреживание сточных вод хлором или его соединениями – один из распростроненных способов их очистки от ядовитых цианидов, а также от таких органических и неорганических соединений, как сероводород, гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и другие.
Из термических методов огневой является наиболее универсальным и эффективным. Он реализуется в процессе распыления сточных вод (промстоков) в топочных газах, имеющих температуру 900-10000С. При этом вода полностью испаряется, примеси выгорают, а минеральные вещества образуют твердые или сплавленные частицы. Относительная простота технологий огневого обезвреживания сточных вод и возможность достижения высоких степеней очистки делает эти методы весьма перспективными.
Ионнообменные методы основаны на использовании ионитов твердых природных или искусственных материалов, практически нерастворимых в воде и органических растворителях. Иониты способны к ионному обмену, т.е. извлечению из растворов положительных или отрицательных заряженных ионов (катионов или анионов) и делятся соответственно на катиониты и иониты. В практике очистки сточных вод используются только синтетические ионообменные смолы, обладающие максимальной очищающей способностью, возможностью многократного использования ионитов с утилизацией содержащихся в стоках ценных веществ.
Ионообменные методы обеспечивают высокую эффективность очистки производственных сточных вод и позволяют получать выделенные из сточных вод металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей.
Биологический метод наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений, он 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 нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий ведут в аэро- и биофильтрах, аэротенках, биологических реакторах и прудах.
Основным средством борьбы с промышленным загрязнением гидросферы в настоящее время является очистка и обезвреживание нефтесодержащих производственных сточных вод от органических и неорганических вредных примесей перед поступлением их в наружную канализационную сеть, в поверхностные водоемы или на рельеф местности с помощью механических, физико-химических, химических, термических, ионообменных, биологических и других методов созданными на их основе фильтрами.
В последние годы российские и зарубежные фирмы разработали, запатентовали и выпускают большое число фильтров новых конструкций для очистки и обезвреживания нефтесодержащих производственных сточных вод, отличающихся улучшенными характеристиками.
Повышенной эффективностью очистки нефтесодержащих сточных вод от взвешенных частиц загрязнений отличается механический патронный фильтр, состоящий из цилиндрического корпуса 7 в виде резервуара (рис 1, а) с коническим дном 8, крышки 5, фильтрующих элементов в виде патронов 3, расположенных вертикально и герметично соединенных своей верхней частью с выпускным коллектором 4, который связан с выпускным патрубком 6.
Рис. 1 Механический патронный фильтр для очистки нефтесодержащих сточных вод от взвешенных частиц загрязнений
Сточные воды на очистку поступают в фильтр через входной патрубок 2, проходят внутрь фильтрующих патронов 3 и очищенные от взвешенных частиц поступают в коллектор 4, а затем удаляются через выходной патрубок 6.
В процессе очистки сточные воды проходят через слой 14 (рис. 1, б) загрязнений, накопившихся на наружной поверхности пористого фильтрующего кольца 9, установленного на закрытую снизу центральную трубу 10 с радиальными отверстиями 11 и продольными ребрами 12 каждого фильтрующего патрона. Затем сточные воды проходят через кольцо 9, отверстия 11 трубы 10, после чего по вертикальному каналу 13 в трубе 10 поступают в коллектор 4 (рис. 1, а) и выходят через патрубок 6.
Частицы загрязнений, накапливающиеся на фильтрующих патронах 3, периодически сбрасываются вниз обратным импульсом сжатого воздуха и удаляются из фильтра через открывающийся патрубок 1.
Увеличенным ресурсом работы и удобством эксплуатации отличается механический фильтр для очистки производственных сточных вод от взвешенных твердых и пластичных частиц загрязнений, содержащий корпус со штуцерами: для входа загрязненных сточных вод, для выхода очищенных сточных вод, обратной промывки, дренажный; верхнюю и нижнюю опорные плиты, в сквозных соосных отверстиях которых установлены фильтрующие элементы трубчатой формы, узел позиционирования фильтрующих элементов, переключающий режим работы фильтра с режима фильтрования на режим регенерации и наоборот, шаровые краны с электромагнитным приводом и датчики давления. Переход режима работы фильтра с режима фильтрования загрязненных сточных вод на режим регенерации фильтрующих элементов происходит автоматически в зависимости от степени загрязнения фильтрующих элементов.
Повышенной производительностью при непрерывной работе обладает механический пластинчатый фильтр для очистки нефтесодержащих сточных вод от взвешенных частиц загрязнений с механизированной выгрузкой отфильтрованного осадка. Фильтр содержит вертикальный цилиндрический корпус 9 (рис. 2) с входным 8 и выходным 11 патрубками для сточных вод, разгрузочное устройство шнекового типа для выгрузки осадка 12, крышку 7 корпуса 9 и силовой гидроцилиндр 6, расположенный на крышке 7.
Рис.2 Механический пластинчатый фильтр для очистки нефтесодержащих сточных вод от взвешенных частиц загрязнений
Внутри корпуса 9 размещен фильтрующий элемент 10, состоящий из металлических пластин 3, расположенных радиально и закрепленных на внутренней поверхности бандажных колец 2. В местах крепления к бандажным кольцам 2 пластины 3 имеют выступы. Внутри фильтрующего элемента 10 расположен поршень 1, представляющий собой диск с закрепленными на его внешней кольцевой поверхности металлическими пластинками 4, имеющими форму равнобокой трапеции и прикрепленными к диску меньшими основаниями. Поршень 1 закреплен на штоке 5 гидроцилиндра 6.
По входному патрубку 8 сточные воды на очистку поступают во внутреннюю полость фильтрующего элемента 10, проходят между пластинами 3, освобождаясь от взвешенных частиц (механических примесей), и выходят через патрубок 11. Возвратно-поступательные движения поршня 1 с закрепленными на нем пластинами 4 позволяют эффективно очищать фильтрующий элемент 10 от механических примесей, даже имеющих высокую адгезию к материалу, без использования промывочной жидкости. Движение поршня 1 происходит без прерывания процесса фильтрования, что повышает производительность фильтра. Механические примеси поступают в разгрузочное устройство 12 и выводятся из фильтра.
В Кубанском государственном техническом университете (гор. Краснодар) разработана эффективная технология магнитно-жидкостной очистки сточных вод от нефтепродуктов. В соответствии с этой технологией очистку сточных вод от нефтепродуктов осуществляют силовым взаимодействием неоднородного магнитного поля с магнитной жидкостью. В загрязненные сточные воды добавляют магнитную жидкость, интенсивно перемешивают смесь, в результате капельки магнитной жидкости растворяются в загрязнениях. После этого загрязнения в сточных водах становятся слабомагнитными. Полученную эмульсию пропускают через неоднородное магнитное поле и извлекают магнитные капли. Это позволяет значительно снизить содержание нефтепродуктов в очищенных сточных водах. Определенной напряженностью магнитного поля обеспечивается достижение остаточной концентрации нефтепродуктов в очищенных сточных водах, не превышающей предельно допустимые концентрации. При этом соотношение магнитной жидкости и нефтепродуктов составляет менее 0,001. Варьируя расход магнитной жидкости в зависимости от степени загрязнения сточных вод нефтепродуктами, можно улучшить показатель остаточного содержания нефтепродуктов в очищенных сточных водах.
Удобен в эксплуатации и обеспечивает эффективную и надежную очистку нефтесодержащих сточных вод от взвешенных частиц загрязнений фильтр-грязеуловитель. Фильтр состоит из цилиндрического корпуса 4 (рис. 3) с входным 6 и выходным 9 патрубками для сточных вод, в котором установлены фильтрующий элемент, включающий секцию грубой очистки в виде сетчатого направляющего конуса 5, секцию тонкой очистки, выполненную в виде ступенчатого патрона из обечаек 3 с винтовыми направляющими 7, из выдвижной платформы 10 и из торцевой крышки 1.
Рис.3 Фильтр-грязеуловитель с комбинированной очисткой сточных вод
Поток загрязненных сточных вод поступает на очистку в фильтр-грязеуловитель через патрубок 6, очищается от крупных частиц загрязнений в сетчатом конусе 5 и поступает в секцию тонкой очистки, где поток, идущий по винтовым направляющим 7, под действием центробежных сил расслаивается, в результате чего частицы загрязнений отбрасываются к периферии кожуха 2 ступенчатого патрона, выводятся в зазор А между корпусом 4 и кожухом 2 и отводятся из фильтра через патрубок 8. Очищенный до требуемого качества поток сточных вод выводится из фильтра через патрубок 9.
При засорении фильтрующего элемента, что контролируется по перепаду давления между входом и выходом сточных вод из фильтра-грязеуловителя, очистку сточных вод прекращают, снимают торцевую крышку 1, фильтрующий элемент выдвигают на платформе 10 и очищают. Затем в обратной последовательности собирают фильтр-грязеуловитель и запускают его в работу. Фильтр не требует больших энергетических и трудовых затрат при эксплуатации.
Для качественной очистки дождевых стоков с территории промышленных предприятий от твердых включений и нефтепродуктов предназначен фильтр-грязеуловитель. Он представляет собой перфорированную дренажную трубу 2 (рис. 4), уложенную на основание из щебня или гравия в открытом коллекторе для сбора ливневых стоков.
Рис.4 Фильтр-грязеуловитель с насыпным фильтрующим материалом для дождевых стоков
На дренажной трубе 2 установлен открытый короб 3 из многослойной фильтрующей стеклоткани, в который насыпан фильтрующий материал 4 (отходы производства, обладающие сорбционными свойствами). В процессах осаждения и сорбции из стоков извлекается 70-85% твердых включений и нефтепродуктов. В качестве фильтрующего материала загрузки можно использовать древесно-стружечные отходы, отходы котельных (шлак), отходы производства синтетических каучуков.
Короб из стеклоткани с фильтрующей загрузкой периодически вынимается из коллектора, загрузка вместе с загрязняющими веществами извлекается и вывозится на полигон твердых отходов. Короб заполняется новой загрузкой и устанавливается в коллектор.
Разработан безреагентный способ очистки производственных сточных вод от органических, в том числе от нефтепродуктов, и неорганических веществ (вредных примесей), а также взвешенных частиц загрязнений, в основе которого лежит взаимодействие сточных вод, представляющих собой дисперсные системы, с электрически заряженными частицами, с внешним электромагнитным полем.
В созданном на основании разработанного способа очистки сточных вод электромагнитном аппарате ЭМА-50 сначала сточные воды поступают в рабочую камеру аппарата, где размещены магнитные рабочие тела (магнитные гранулы или магнитный порошок). Здесь под действием постоянного магнитного поля происходит магнитная и механическая активация сточных вод за счет движения указанных тел под действием переменного электромагнитного поля. Затем активированные сточные воды поступают в двухсекционный электромагнитный фильтр. Проходя через первую секцию фильтра, сточные воды подвергаются активирующей обработке в переменном электромагнитном поле. Затем активированные сточные воды непрерывным потоком подаются во вторую секцию, где на фильтрующей подложке из пористой полимерной пленки или ткани расположен слой намагниченного до насыщения магнитного порошка гексаферрита бария. В процессе очистки генератор переменного электромагнитного поля периодически отключают от электрического напряжения.
В электромагнитном фильтре происходит полная очистка сточных вод от загрязняющих примесей, которые в виде мелкодисперсного шлама осаждается на магнитных телах (первая секция) и магнитном порошке (вторая секция). По мере накопления на магнитном порошке мелкодисперсного шлама и органических веществ (например, нефтепродуктов) на генератор переменного электромагнитного поля подается напряжение, под действием которого магнитные рабочие тела и магнитный порошок хаотически движутся, образуя магнитокипящий слой и сбрасывая со своей поверхности накопившийся шлам и органические загрязнения в приемный бункер-накопитель.
Фильтрационный осадок автоматически собирают в отдельный бункер, а магнитные тела и магнитный порошок промывают чистой водой и очищают в электромагнитном поле фильтра. После промывки чистой водой внутреннего объема аппарата напряжение отключается, магнитные материалы возвращаются в состояние покоя и вновь готовы выполнять функцию фильтра. Промывная вода отправляется на очистку в электромагнитный аппарат и снова используется для регенерации электромагнитного фильтра.
Электромагнитный аппарат ЭМА-50 был опробован на многих объектах: сточных водах нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, автомоек, гальванических производств и т.д.
Во всех случаях содержание неорганических и органических загрязняющих примесей, а также взвешенных частиц уменьшается в очищенных сточных водах до предельно допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного назначения.
Для очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов достаточно широко используется флотация. Так, в установке фирмы Ashbrook Simon-Hartley Operations, LP (США) очистка нефтесодержащих сточных вод способом флотации включает следующие стадии: неочищенные сточные воды подаются во флотатор; одновременно через диспергаторы, расположенные в данной зоне флотатора, подается воздух в виде мельчайших пузырьков равномерно по сечению флотатора; производится 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 для дальнейшей обработки. Установка предусматривает изменение уровня сточных вод во флотаторе.
Надежно в работе устройство для биологической очистки производственных сточных вод, содержащих органические соединения, аммонийный азот и другие загрязнения. Устройство представляет собой прямоугольную емкость, разделенную перегородкой на две секции. На дне первой секции установлены диспергаторы, выделяющие микропузырьки воздуха, при этом конструкция секции обеспечивает формирование контуров циркуляции водогазовой смеси. Вторая секция обеспечивает перемешивание иловой смеси и контроль параметров: концентрации растворенного кислорода, концентрации активного ила, аммонийного азота и нитратов.
Многоступенчатая схема комплексной очистки производственных сточных вод запатентована в США. На первой ступени очистного сооружения производится механическая очистка поступающих загрязненных сточных вод и вводится дозировано флокулянт. После этого на второй ступени осуществляется осветление сточных вод на тонкослойном модуле отстаивания. Выделившийся осадок после центрифугирования и отстаивания обезвоживается на ленточном фильтре-прессе, а надосадочная жидкость подвергается биологической очистке в аэротенке, а затем химическими методами. Обезвоженный осадок подвергается сушке в термическом процессе и удаляется из схемы. Сточные воды с высоким уровнем очистки выводятся из схемы в водные объекты или на рельеф местности.
Система комплексной очистки производственных сточных вод марки «СКАТ» предназначена для подачи очищенных сточных вод в систему оборотного водоснабжения с целью экономии пресной природной технической воды, используемой для периодической подпитки системы оборотного водоснабжения. Система марки «СКАТ» состоит из трех функциональных блоков. Первый блок – блок первичной очистки обеспечивает первичное отстаивание очищаемой сточной воды: удаление песка, плавающих загрязнений, пленочных нефтепродуктов и жиров и предотвращает гниение сточной воды в отстойной зоне. Второй блок – основной технологический блок очищает сточную воду от взвешенных твердых и пластичных частиц загрязнений, нефтепродуктов, поверхностно-активных и органических веществ и других подобных загрязнений методом напорной флотации с последующей доочисткой на полиуретановом механическом фильтре. Третий блок – блок двухступенчатой сорбционной очистки с применением химических реагентов или без таковых предназначен для глубокой очистки избыточного количества очищаемой оборотной сточной воды (не более 10% количества отводимой из системы оборотного водоснабжения). В систему марки «СКАТ» входят также бак для накопления очищенной сточной воды и автоматическая насосная станция для подачи ее потребителю.
В процессе химической очистки сточных вод эффективно применение нового реагента «ФЕРРОКСИН», основным активным веществом которого является смесь ферратов натрия. Этот реагент обладает одновременно окислительным, дезинфицирующим и коагулирующим действием.
Удобна в эксплуатации, имеет небольшие габаритные размеры и массу блочно-модульная установка с гидроциклонами для качественной очистки производственных сточных вод от механических примесей, агрегатной взвеси, нефти и нефтепродуктов. Установка предназначена для подачи очищенных сточных вод в систему оборотного водоснабжения с целью экономии пресной природной технической воды, последняя необходима для периодической подпитки системы оборотного водоснабжения. Применение блочно-модульной установки для очистки сточных вод позволяет использовать для системы оборотного водоснабжения только не более 5% в объеме пресной природной технической воды для периодической подпитки системы.
Высокую степень очистки и обезвреживания сточных вод обеспечивает установка комплексной очистки, содержащая цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, разделенный двумя горизонтальными перегородками на три камеры, верхняя из которых заполнена коалесцирующим зернистым материалом, в средней камере вертикально размещены два идентичных гидроциклона, в нижней отстойной камере накапливается осадок. Каждый из гидроциклонов состоит из трех частей: нижняя часть имеет вид сужающегося книзу конуса, имеющего вход в отстойную камеру, средняя часть – цилиндрическая, верхняя часть имеет вид расширяющегося кверху перфорированного конуса, имеющего выход в камеру, заполненную коалесцирующим зернистым материалом. У дна средней камеры в корпусе установки расположено водосборное устройство в виде концентрических перфорированных колец, выше которых находятся перфорированный нерастворимый анод и сетчатый катод электрофлотатора. В корпусе установки имеются патрубки: подвода сточных вод на очистку, отвода очищенных сточных вод, отвода нефти и нефтепродуктов, отвода осадка.
Выбор способа очистки и оборудования для очистки и обезвреживания нефтесодержащих сточных вод промышленных предприятий зависит от физико-химических свойств и исходной концентрации содержащихся в сточных водах вредных загрязнений, расхода сточных вод и требований к качеству очищенных сточных вод по всем нормируемым загрязнениям.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Буренин В.В. Очистка и обезвреживание сточных вод промышленных предприятий от нефти и нефтепродуктов // Химическая техника, 2009, №7, с. 37-41.
2. Буренин В.В. Очистка и обезвреживание нефтесодержащих сточных вод от взвешенных частиц и других примесей // Химическая техника, 2010, №11, с. 26-30.
3. Алыков Н.М., Шачнева Е.Ю. Сорбент для очистки воды от флокулянтов // Экология и промышленность России, 2010, август, с. 20-21.
4. Пат. 2311943 Россия. МПК В 01 D 15/56. Патронный фильтр / О.С. Кочетов, М.О. Кочетова, Г.В. Львов. Опубл. 14.03.2006. Бюл. №7.
5. Пат. 2336119 Россия. МПК В 01 D 29/48. Фильтр щелевой автоматический / В.А. Большаков, И.И. Супрулаев, А.М. Пашков и др. Опубл. 20.10.2008. Бюл. №29.
6. Пат. 2281802 Россия. МПК В 01 D 29/64. Пластинчатый самоочищающийся фильтр / М.В. Клыков, К.А. Куцуев. Опубл. 20.08.2005. Бюл. №23.
7. Боковикова Т.Н., Давиденко М.В., Лявина Е.Б. Технология магнитно-жидкостной очистки сточных вод от нефтепродуктов // Экология и промышленность России, 2010, январь, с. 20-22.
8. Пат. 2293596 Россия. МПК В 01 D 29/11. Фильтр-грязеуловитель / И.Ю. Хасанов, Н.Х. Файззулин. Опубл. 20.02.2007. Бюл. №5.
9. Сычева Ю.В., Колотушкин В.В., Соловьева Э.В. Очистка газовых выбросов и ливневых стоков предприятий // Экология и промышленность России, 2007, февраль, с. 42-46.
10. Кузнецов Ю.Н., Смирнов А.Н., Барышенко И.Г. Новый способ очистки сточных вод // Безопасность жизнедеятельности, 2008, №11, с. 26-28.
11. Пат. 7282144 США. МПК F 01 D 21/24. Очистка сточных вод в процессе флотации. Опубл. 16.10.2007.
12. Пат. 7282141 США. МПК С 02 F 3/00. Способ и устройство для очистки сточных вод с контролем процесса. Опубл. 16.10.2007.
13. Пат. 7429329 США. МПК С 02 F 1/62. Комбинированная реагентно-механическая схема для очистных сооружений. Опубл. 30.09.2008.
14. Гильмутдинова Л.Г., Хакимова А.Х. Внедрение локальной системы очистки с целью снижения ущерба от сброса моечных вод: Экологический форум Прикамья, Набережные Челны, 30 марта 2007. Сборник материалов. – Набережные Челны, Издательство ИНЭКА, 2007, с. 60-62.
15. Ларин Б.М., Пирогов А.И., Гришин А.А. Эффективные способы реагентной и адсорбционной очистки воды на ТЭС от органических примесей // Тр. ИГЭУ // Повышение эффективности работы энергосистем. – М.: Издательство ИГЭУ, 2003, выпуск 6 с. 10-14.
16. Шарифуллин А.Л. Очистка сточных вод от взвешенных ачстиц и нефтепродуктов на автотранспортном предприятии. Материалы докладов 2-й Молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения», Казань, 26-27 апреля 2007. Т. 2. Казань, Издательство КГЭУ, 2007, с. 83.
17. Пат. 2325331 Россия. МПК С 02 F 1/40. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод / В.Д. Назаров, М.В. Назаров. Опубл. 27.05.2008. Бюл. №15.
