Очистка сточных вод от нефтепродуктов

1475
Фото: shutterstock.com
Фото: shutterstock.com
Природные источники воды, загрязняемые промышленными отходами, утрачивают способность к самоочищению. В России есть регионы, где до половины всех болезней связано с употреблением некачественной воды. По оценке специалистов, только улучшение качества питьевой воды позволит увеличить среднюю продолжительность жизни на 5–7 лет. Задача организаций водоснабжения — обеспечить соответствие подаваемой потребителям воды нормативным параметрам.
М. П. Иванов, 
канд. хим. наук, зав. отделом ГУП «МНКЦ “Интермедбиофизхим”»

В этой статье вы прочитаете: 

  • Биологический метод очистки сточных вод от нефтепродуктов
  • Какие системы биологической очистки сточных вод

Очистка сточных вод от нефтепродуктов довольно распространена. Поговорим подробнее о биологическом методе очистки сточных вод от примесей нефтепродуктов.

Подробнее разобраться в теме вы можете на наших курсах повышения квалификации:

Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов

Одним из видов загрязнений техногенного характера, делающих воду непригодной для питья и для использования в промышленных целях, являются примеси нефтепродуктов. Среди широкой гаммы возможных загрязнений специалисты выделяют группу неидентифицированных углеводородов нефти, в которую входят примеси мазута, загрязнения от керосина, бензина и различных масел. Все эти соединения обладают высокой токсичностью и представляют большую опасность для окружающей среды. Примеси нефтепродуктов вместе со стоками попадают в почву, откуда проникают в природные и искусственные водоемы, снабжающие водозаборы гражданского и промышленного водоснабжения.

Примеси нефтепродуктов могут быть:

  • легко отделимыми;
  • трудноудаляемыми;
  • растворимыми.

Трудноудаляемые примеси обычно находятся в грубодисперсном, т. е. капельном состоянии. Эти загрязнения в зависимости от их количества образуют плавающую пленку или даже целиком слой на поверхности воды.

Значительно меньшая часть примесей представляет собой легко отделимые загрязнения. Обычно они образуют в воде эмульсию. Без внешнего воздействия она весьма устойчива в течение длительного времени. Однако при обработке воды этот вид загрязнений переходит в состояние, которое легко удаляется.

Еще меньшую часть составляют растворимые загрязнения. Это вызвано малой растворимостью в воде органических компонентов нефтепродуктов. Величина концентрации водорастворимых загрязнений увеличивается при возрастании времени контакта нефтепродуктов с водой.

Пример

Как показали практические наблюдения, увеличение продолжительности контакта нефтепродуктов с водой с 2 ч до 5 сут приводит к увеличению содержания загрязнений в воде:

— нефти — с 0,2 до 1,4 мг/л;

— дизельного топлива — с 0,2 до 0,8 мг/л.

При этом растворимость различных марок бензина, помимо продолжительности выдержки, зависит от содержания в топливе химических соединений, имеющих в своей структуре метильные и метиленовые группы.

Пример

В большинстве случаев равновесная концентрация растворенных в воде бензинов различных марок может колебаться от 12 до 34 мг/л.

Основным источником загрязнений воды нефтепродуктами являются нефтехранилища, нефтетранспортные и нефтеперерабатывающие заводы, а также предприятия топливно-энергетического комплекса и базы раздачи топлива. В большинстве случаев в технологии всех этих предприятий допускается технологический разлив нефти и нефтепродуктов, мытье оборудования и емкостей водой и водными растворами, слив загрязненного нефтепродуктами конденсата водяного пара, а также стекание в стоки загрязненной через сальники и подшипники оборотной воды.

Кроме этого, сточные воды, содержащие нефтепродукты, образуются при нарушении герметичности резервуаров, в которых нефтепродукты хранятся, а также при конденсации влаги из воздуха.

Помимо этого, необходимо учитывать, что некоторые виды нефтепродуктов, в частности различные виды топлива, содержат до 2% различных добавок. Эти добавки при длительном хранении могут выпадать в осадок и попадать в сточные воды при промывке оборудования. Доля таких загрязнений невелика, но очень часто это достаточно токсичные вещества, которые представляют опасность для человека.

Необходимо понизить вероятность попадания отходов нефтедобывающих, перерабатывающих и транспортных предприятий в сточные воды, повысить эффективность очистки стоков, а также ужесточить контроль над содержанием примесей нефтепродуктов в воде.

Для очистки стоков, содержащих примеси нефтепродуктов, обычно используются локальные, общие, районные и городские очистные сооружения.

Пример

На нефтебазах и насосных станциях нефтепроводов обычно применяют очистные сооружения общего типа.

На предприятиях, где имеется возможность попадания в сточные воды значительного количества нефти и продуктов ее переработки, чаще всего создаются локальные очистные сооружения, которые предназначены для обезвреживания стоков непосредственно сразу после технологических процессов. Обработанные таким образом сточные воды могут после этого либо сбрасываться сразу в природные водоемы, либо направляться на дополнительную очистку на районных или городских очистных сооружениях.

Для очистки стоков с примесями нефтепродуктов применяются методы:

  • механические;
  • физико-химические;
  • химические;
  • биологические.

ДЛЯ СПРАВКИ

Кажущаяся плотность — отношение массы сухого материала к его общему объему.

Общий объем — сумма объемов твердой фазы, открытых и закрытых пор образца.

Истинная плотность — отношение массы материала к его истинному объему.

ГОСТ 2409–95 (ИСО 5017–88) «Огнеупоры. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения»

Механическая очистка

Механическую очистку как самостоятельный метод применяют, когда осветленная вода после очистки может быть использована в технологических процессах производства или спущена в водоемы без нарушения их экологического состояния.

Во всех других случаях механическая очистка служит первой, предварительной стадией удаления примесей нефтепродуктов.

К СВЕДЕНИЮ

Механическая очистка позволяет удалить до 60–65% взвешенных веществ.

Среди механических методов очистки сточных вод от примесей нефтепродуктов наиболее часто применяют: отстаивание, удаление примесей под действием центробежных сил и фильтрование.

В процессе отстаивания примеси с плотностью выше воды оседают, а загрязнения, у которых плотность ниже плотности воды, всплывают. Сооружения, в которых происходит такая очистка, называют отстойниками. Это резервуары, в которых вода очищается в состоянии покоя.

На нефтедобывающих, перерабатывающих и транспортных предприятиях наиболее часто создаютстатические отстойники. В них после выдержки от 6 до 24 ч обычно удаляется 90–95% легко отделимых нефтяных загрязнений и незначительная часть трудноудаляемых примесей.

В динамических отстойниках часть примесей нефтепродуктов удаляется в потоке очищаемой воды. Динамические отстойники бывают горизонтальные и вертикальные. В первом типе отстойников течение воды осуществляется в горизонтальном направлении (рис. 1). В вертикальных отстойниках движение воды осуществляется снизу вверх.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов

Рис. 1. Динамический отстойник:

 1 — корпус нефтеловушки, 2 — гидроэлеватор, 3 — слой нефти, 4 — нефтесборная труба, 5 — перегородка, 6 — скребковый транспортер

Динамические отстойники снабжаются приспособлениями для сбора осевших осадков и всплывших загрязнений. В зависимости от вида удаляемых загрязнений горизонтальные отстойники делятся на песколовки, нефтеловушки, мазутоловки, бензоловки и жироловки.

Обычно все эти аппараты имеют примерно одинаковую конструкцию: горизонтально расположенные резервуары с двумя перегородками внутри — у дна и у крышки. При медленном течении воды в горизонтальном направлении одна перегородка задерживает всплывшие на поверхность примеси, а другая, установленная в нижней части аппарата, — загрязнения, осевшие на дно.

Кроме отстойников для очистки воды, загрязненной нефтепродуктами, используются аппараты, удаляющие примеси под действием центробежных сил. Обычно такая очистка производится в гидроциклонах. Для этого используют напорные и открытые (безнапорные) гидроциклоны.

В напорных гидроциклонах вода под давлением подается в аппарат через тангенциально расположенный патрубок (рис. 2, 3). В результате этого создается спиралевидный поток вдоль цилиндрических и конических стенок аппарата. Примеси нефтепродуктов накапливаются в нижней части гидроциклона. Очищенная вода вытекает через центрально расположенную отводную трубу в верхней части аппарата. Степень извлечения примесей нефтепродуктов в напорных гидроциклонах может достигать 70%.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов

Рис. 2. Общий вид гидроциклона

Очистка сточных вод от нефтепродуктов

Рис. 3. Схема движения воды в гидроциклоне

В безнапорных гидроциклонах спиралевидное течение потока сточных вод достигается за счет отсоса воды из тангенциально расположенного патрубка в нижней части аппарата. При такой конструкции аппарата поверхностная пленка нефтепродуктов собирается в центре гидроциклона и выводится через центральный сбросный патрубок.

Для удаления из воды загрязнений из нефтепродуктов, находящихся в жидком и вязкотекучем состоянии, часто используется фильтрация. Традиционно этот вид очистки воды применяется для удаления загрязнений в виде твердых мелких частиц. Их задерживают сетками, пористой зернистой загрузкой или тканями. При очистке же сточных вод от примесей нефтепродуктов процесс фильтрации основан на прилипании вязких частиц нефти и нефтепродуктов к поверхности фильтрующего материала.

Для удаления грубодисперсных частиц нефтепродуктов применяют сетки из различных материалов и фильтровальные ткани. Этот процесс фильтрации осуществляется на микрофильтрах — вращающихся барабанах с плотно закрепленными фильтрующими материалами.

В большинстве моделей микрофильтров диаметр вращающихся в горизонтальной плоскости барабанов от 1,5 до 3,0 м. Сточные воды с примесями нефтепродуктов поступают внутрь этих барабанов, а осветленная вода выходит через фильтрующий материал. Фильтрация происходит за счет разницы уровней воды внутри и снаружи барабана.

Для глубокой очистки воды от примесей нефтепродуктов применяют фильтрацию на каркасных фильтрах. Фильтровальные материалы для них условно можно разделить на три группы.

Первая группа — пористые зернистые материалы: кварцевый песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические шлаки. Они обладают по отношению к нефтепродуктам адгезионными свойствами.

Вторая группа — волокнистые и эластичные материалы: нетканые синтетические и пористые эластичные, например пенополиуретан. Наряду с сорбционными свойствами они обладают еще и высокой грязеемкостью за счет рыхлой структуры.

Фильтрационный материал на основе пенополиуретана послужил основой для создания фильтров с эластичной загрузкой. Эта технология была специально разработана для очистки воды от примесей нефтепродуктов. Применение пенополиуретана основано на его достаточно высокой эластичности, механической прочности, химической стойкости и гидрофобных свойствах. Одновременно с этим он обладает низкой кажущейся плотностью — 25–60 кг/куб. м и открытой высоко разветвленной ячеистой структурой пор со средним размером от 0,8 до 1,2 мм.

Перечисленные два вида фильтрационных материалов близки между собой по технологическим принципам очистки, но отличаются по величине грязеемкости и способам регенерации фильтровальной среды.

В процессе фильтрации воды в фильтрационном материале накапливаются задержанные примеси нефтепродуктов. При этом граница насыщения примесями постепенно перемещается от фронтальной поверхности вглубь фильтрационного материала до тех пор, пока загрязнения не начнут появляться в фильтрате.

Механизм действия фильтрационных материалов третьей группы совершенно иной.

Третья группа — коалесцирующая фильтровальная среда. Ранее в качестве таких фильтровальных сред применялись пористые зернистые сыпучие среды: гравий, силикатный песок, кварц, дробленные антрацит, мрамор, керамическая крошка, кольца Рашига, а также некоторые зернистые синтетические полимерные материалы. Однако в последнее время стали активно применять природные фильтрующие сорбционные материалы, например шунгитовые породы. Как показали исследования, этот фильтрующий материал достаточно эффективен при очистке воды от свободно плавающих пленок нефтепродуктов и тонкодисперсных взвешенных веществ с размером частиц около 3 мкм.

К СВЕДЕНИЮ

Шунгитовые породы обычно содержат 25–30% углерода, менее 55% оксида кремния, 4% оксида алюминия и различные примесные соединения.

При проникновении воды, загрязненной нефтепродуктами, через тонкие каналы фильтрационного материала мелкие частички загрязнений разрушаются и переходят в неустойчивое эмульгированное состояние. При выходе воды из этого вида фильтрационной среды загрязнения из нефтепродуктов агрегируются в крупные частицы грязи с диаметром до нескольких миллиметров. Эти частицы всплывают на поверхность воды и легко удаляются.

Физико-химические методы очистки

Чаще всего к физико-химическим методам очистки воды относят коагуляцию. флотацию и сорбцию.

Коагуляция заключается в ускоренном превращении эмульгированных и тонкодисперсных примесей с размером частиц от 1 до 100 мкм в более крупные образования, выпадающие в осадок.

Обычно коагуляция протекает под действием химических реагентов — коагулянтов. Они образуют в воде хлопьевидные продукты со слабым положительным электростатическим зарядом. Эти хлопья взаимодействуют с примесями нефтепродуктов со слабым электростатическим зарядом, находящимися в коллоидном состоянии. В результате электростатического притяжения коагулянта с примесями нефтепродуктов образуются рыхлые осадки. Под действием силы тяжести они оседают на дно резервуара, откуда и удаляются.

В процессе флотации на поверхности воды образуется устойчивая пена, которая захватывает и удерживает в течение длительного времени примеси нефтепродуктов. Впоследствии пенный слой удаляют. Основой для создания пены служит устойчивый комплекс пузырька воздуха или газа в воде с частицами нефтепродуктов.

В зависимости от способа образования пузырей флотация подразделяется на механическую, вакуумную и электрофлотацию.

При механической флотации пена образуется за счет дробления капель воды в потоке воздуха турбинами-импеллерами, а также с помощью форсунок или пористых пластин.

Вакуумная флотация основана на создании разряжения в камере флотатора. При таких условиях растворенный в воде воздух выделяется с образованием пузырьков.

При электрофлотации необходимо пропускание постоянного электрического тока через сточную воду с примесями нефтепродуктов: вода насыщается пузырьками газообразного водорода, образующегося на катоде.

Наивысшей степени очистки воды удается достичь лишь при использовании сорбции. В области физико-химических методов очистки стоков под сорбцией обычно понимают поглощение твердым сорбентом из водной среды различных примесей, в т. ч. нефтепродуктов.

В качестве сорбентов могут применяться различные пористые материалы: зола, кокс, торф, силикагель и различные марки активных глин. Наиболее эффективными сорбентами специалисты считают активированные угли — из-за их высокой пористости и большой удельной поверхности.

К СВЕДЕНИЮ

Пористость активированного угля составляет 60–70%, его удельная поверхность в зависимости от технологии изготовления — от 500 до 1500 кв. м/г.

Химические методы

Сущность химических методов заключается в добавлении в очищаемую воду специальных химических препаратов, которые участвуют в химических реакциях с загрязнениями. Чаще всего эти реагенты приводят к выпадению осадков. В большинстве случаев происходит окисление углеводородных компонентов нефтепродуктов.

Одним из химических методов очистки воды от примесей нефтепродуктов является озонирование.

Биологический метод очистки сточных вод

Специалисты считают биологические методы очистки сточных вод от нефтепродуктов одним из перспективных направлений очищения воды. Эти методы основаны на способности микроорганизмов расщеплять и усваивать примеси нефтепродуктов, используя их в качестве источника питания в процессе жизнедеятельности.

В результате биологической очистки воды примеси нефтепродуктов превращаются в безвредные продукты окисления: воду, углекислый газ, соли нитратов и сульфатов и некоторые другие соединения.

Биологическая очистка сточных вод на объектах, где используются продукты переработки нефти, обычно производится в биофильтрах и аэротенках.

Чаще всего биофильтры представляют собой железобетонные резервуары больших размеров с дырчатым днищем. В них насыпают зернистый фильтрующий материал: шлак, щебень и гранулированные виды некоторых пластических масс. В процессе биологической очистки производится орошение фильтрующего материала.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов, происходит за счет жизнедеятельности микроорганизмов, которые заселяют поверхность данного фильтрующего материала, образуя своеобразную биологическую пленку.

Более совершенная биологическая очистка сточных вод от примесей нефтепродуктов происходит в аэротенках. Это железобетонные резервуары длиной до 100 м. Для продуктивного развития микроорганизмов наряду со сточными водами в эти агрегаты подается барботируемый воздух. Разложение примесей нефтепродуктов происходит под действием так называемого активного ила.

Активный ил представляет собой скопление нескольких видов микроорганизмов, одни из которых расщепляют загрязнения в виде нефтепродуктов на безопасные вещества, но в то же время являются пищей для других. При создании оптимальных условий происходит очистка сточных вод и эффективное функционирование каждого вида сообщества микроорганизмов без гибели какого-либо вида или чрезмерного нарастания биомассы.

Эффективность очистки воды от примесей нефтепродуктов при использовании всех методов обычно оценивается по следующим показателям качества воды:

  • содержанию взвешенных веществ;
  • концентрации нефтепродуктов в воде;
  • уровню рН;
  • биологическому потреблению кислорода.



Ваша персональная подборка

    Подписка на статьи

    Чтобы не пропустить ни одной важной или интересной статьи, подпишитесь на рассылку. Это бесплатно.

    Рекомендации по теме

    Мероприятия

    Школа

    Проверь свои знания и приобрети новые

    Посмотреть

    Самое выгодное предложение

    Самое выгодное предложение

    Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

    Живое общение с редакцией





    Электронная система

    Можно ли за невыполнение предписания ГЖИ отделаться предупреждением?

    Ответы на этот и другие вопросы вы найдете в электронной системе «Управление многоквартирным домом»

    Получить доступ
    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВАЭЛЕКТРОННЫЙ КАТАЛОГ
    НАШИ ПАРТНЁРЫНАШИ ПАРТНЁРЫ

    Рассылка




    © МЦФЭР, 2006-2016. Все права защищены.

    По вопросам подписки обращайтесь по телефонам: 
    Москва: 8 (495) 775-48-44 
    Другие регионы: 8 (800) 775-48-44 

    Получите техническую поддержку: 
    по телефону: +7 (495)-937-90-82 
    e-mail: sd@mcfr.ru 

    
    • Мы в соцсетях
    ×

    Подпишитесь на бесплатные рассылки, и получайте актуальную информацию обо всех нюансах, касающихся Вашей профессии! Будьте с нами!