Основы экологии

технических процессах и минимальный сброс сточных вод в водоем.

Для очистных сточных вод используют очистные сооружения трех основных типов: локальные, общие, и районные или городские.

На нефтебазах и насосных станциях трубопроводов применяют очистные сооружения общего типа, а в случае попадания в сточные воды особо вредных химических веществ очистные сооружения локального типа. В зависимости от степени очистки сточных вод на очистных сооружениях локального или общего типа и характеристики водоема воды, либо направляют на районные или городские очистные сооружения, либо сбрасывают в водоем.

Очистные сооружения локального типа предназначены для обезвреживания сточных вод непосредственно после технологических цехов, имеющих вредные химические вещества, например, после резервуарного парка технологических коммуникаций, насосных станций, хранящих и перекачивающих этилированные бензины. Применение таких установок дает возможность избежать необходимости пропускать сточные воды предприятия через установки для извлечения из воды определенных химических веществ.

Очистные сооружения общего типа предназначены для очистки всех нефтесодержащих вод нефтетранспортного предприятия. Обычно эти очистные сооружения включают механическую, физико-химическую и биологическую очистки. К сооружениям механической очистки относятся:

песколовки, нефтеловушки, отстойники, флотационные и фильтрационные установки и др. На этих сооружениях удаляют грубодисперсные примеси.

К сооружениям физико-химической очистки относятся: флотационные установки с применением химических реагентов, установки с применением коагулянтов для коллоидных примесей. К сооружениям биологической очистки относятся: аэростенки, биофильтры, биологические пруды и др.

Для доочистки сточных вод применяют реагентные методы: коагуляцию, флокуляцию, осаждение примесей, фильтрование, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, обратный осмос и др.

Очистные сооружения районного или городского типа предназначены в основном для механической, физико-химической и биологической очистки сточных вод. Если на эти очистные сооружения направляют производственные сточные воды, то в них не должно быть примесей, которые могут нарушить нормальный ритм работы канализации и очистных сооружений.

Эти производственные воды не должны содержать: взвешенных и всплывающих веществ в количестве более 500 мг/л; веществ, способных засорять трубы канализационной сети или отлагаться на стенках труб; веществ, оказывающих разрушающее действие на материал труб и элементы сооружений канализации; горючих примесей и растворенных газообразных веществ, способных образовывать взрывоопасные смеси в канализационных сетях и сооружениях; вредных веществ в концентрациях, препятствующих биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем (с учетом эффекта очистки).

Температура этих вод не должна превышать 40 ºС. Не допускаются залповые сбросы сильно концентрированных сточных вод.

Методы очистки промышленных сточных вод

Методы, применяемые для очистки сточных вод, могут быть разделены на три группы: механические, физико-химические и биологические.

Механическую очистку сточных вод применяют преимущественно как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60 65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90 95% и снижение БПК сточных вод до 20 25%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами.

В настоящее время к очистке предъявляют большие требования. Это приводит к созданию высокоэффективных методов физико-химической очистки, интенсификации процессов биологической очистки, разработке технологических схем с сочетанием механических, физико-химических и биологических способов очистки и повторным использованием очищенных вод в технологических процессах.

Механическую очистку проводят для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования.

Для задержания крупных загрязнений и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различные решетки и сита. Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, имеющих большую

или меньшую плотность по отношению к плотности воды, используют отстаивание. При этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают.

Сооружения, в которых при отстаивании сточных вод выпадают тяжелые частицы, называются песколовками.

Сооружения, в которых при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы, называются в зависимости от всплывающих веществ жироловками,

маслоуловителями, нефтеловушками и др.

Фильтрование применяют для задержания более мелких частиц. В фильтрах для этих целей используют фильтровальные материалы в виде тканей (сеток), слоя зернистого материала или химических материалов, имеющих определенную пористость. При прохождении сточных вод через фильтрующий материал на его поверхности или в поровом пространстве задерживается выделенная из сточной воды взвесь.

Механическую очистку как самостоятельный метод применяют тогда, когда осветленная вода после этого способа 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 ступенью очистки сточных вод.

Физико-химическая очистка заключается в том, что в очищаемую воду вводят какое-либо вещество реагент (коагулянт или флокулянт). Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде примесями, это вещество способствует более полному выделению нерастворимых примесей, коллоидов и части растворимых соединений.

При этом уменьшается концентрация вредных веществ в сточных водах, растворимые соединения переходят в нерастворимые или в растворимые, но безвредные, изменяется реакция сточных вод (происходит их нейтрализация), обеспечивается окрашенная вода. Физико-химическая очистка дает возможность резко интенсифицировать механическую очистку сточных вод. В зависимости от необходимой степени очистки сточных вод физико-химическая очистка может быть окончательной или второй ступенью очистки перед биологической.

Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод

от загрязнений.

Очистные сооружения биологической очистки можно разделить на два основных типа: сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным; сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях.

К первому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через почву (поле орошения и поле фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В таких сооружениях питание микроорганизмов кислородом происходит за счет непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа микроорганизмы питаются кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.

В искусственных условиях биологическую очистку применяют в аэротанках, биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит более интенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов.

При повышенных требованиях к очистке биологически очищенную воду очищают дополнительно. Наиболее широкое распространение в качестве сооружений для дополнительной очистки получили песчаные фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные осветлители (микрофильтры применяют реже).

Снижение концентрации трудноокисляемых веществ, фиксируемое значение ХПК очищенных вод, возможно методом сорбции, например активированным углем и химическим окислением или путем озонирования.

Очистка от биогенных элементов. Биологически очищенная вода содержит аммонийные азот и фосфор в значительной концентрации. Эти вещества способствуют усиленному развитию водной растительности, последующее непременное отмирание которой приводит к вторичному загрязнению водоема. Азот удаляют физико-химическими и биологическими методами, а фосфор только химическим осаждением солями железа, алюминия и известью.

Дезинфекция очищенных сточных вод. В практике очистки сточных вод дезинфекцию осуществляют теми же приемами и средствами, что и при очистке природных вод. Наиболее часто применяют хлорирование газообразным хлором, а на станциях производительностью до 1000 м3/сут используют и хлорную известь.

Методы обработки осадка. При всех методах очистки сточных вод образуется осадок из нерастворимых веществ в первичных отстойниках, а при биологической очистке во вторичных отстойниках образуется еще больше осадка. В сыром состоянии (твердые вещества с водой) при очистке бытовых и некоторых производственных вод эти осадки являются опасными в санитарном отношении.

Для уменьшения количества органических веществ в осадке и придания ему лучших санитарных показателей осадок подвергают воздействию анаэробных микроорганизмов (брожению) и аэробной стабилизации ила в соответствующих сооружениях. К анаэробным сооружениям относятся септики, двухъярусные отстойники и метанстенки.

Для уменьшения влажности осадка сточных вод и его объема служат иловые пруды и площадки. Для обезвоживания осадка применяют различные механические приемы вакуум-фильтрацию, фильтрпрессование, центрифугирование, а также термические сушку и сжигание. Биологические осадки часто используют в качестве удобрений и как белково-витаминные добавки к рационам питания животных.

При выборе метода очистки и обработки осадка сточных вод населенных пунктов и промышленных предприятий, а также места расположения и типа очистных сооружений необходимо в первую очередь выявлять возможность и целесообразность промышленного использования очищенных сточных вод и осадка.

При определении необходимой степени очистки сточных вод, выпускаемых в водоемы, следует руководствоваться СНиП и Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.

На предприятиях транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов, а также на газосборных пунктах и газобензиновых заводах сточные воды подразделяются на бытовые и производственные. Производственные воды нефтяных и газовых предприятий выпускают в производственнодождевую канализацию. Эти воды в основном загрязнены нефтепродуктами (400 15 000 мг/л) и механическими примесями (100 600 мг/л). Для их очистки применяют механическую, физико-химическую и биологическую очистки.

Требования к степени очистки сточных вод нефтетранспорных предприятий

Выбор схемы канализации и состава очистных сооружений должен

осуществляться в зависимости от мощности предприятия, количества образующихся сточных вод, их загрязненности и места сброса, требований контролирующих органов к качеству очистки. Если сточные воды перекачиваются для очистки на очистные сооружения соседних предприятий, то необходимо организовать сбор сточных вод и предварительную очистку в соответствии с требованиями предприятия, принимающего стоки. Если стоки выпускаются в городскую канализационную сеть, в этом случае выполняются требования к сточным водам городской очистной станции. В зависимости от требований к степени очистки сточных вод применяют ту или иную схему очистки и выбирают методы очистки.

Выбор рациональной системы канализации и схемы очистки сточных вод имеет первостепенное значение для уменьшения загрязненности водоемов. При поступлении сточной воды в водоем качество воды в нем постепенно изменяется. До известного предела, называемого допустимым экологическим сдвигом, качество воды изменяется столь незначительно, что для дальнейшего использования она остается такой же безвредной, как и при полном отсутствии загрязняющих примесей.

Концентрация поступивших в водоем веществ не остается постоянной. Она изменяется, прежде всего, вследствие разбавления сточных вод и в результате различных химических, физико-химических и биохимических процессов взаимодействия, выделения, превращения и деструкции этих веществ.

Вещества, концентрация которых изменяется только путем разбавления, называют консервативными, а вещества, концентрация которых изменяется вследствие указанных выше процессов, неконсервативными. Процессы, изменяющие свойства веществ, поступающих в водоем, называют процессами самоочищения. Совокупность разбавления и самоочищения составляет обезвреживающую способность водоема.

Качество воды в водоеме достигает границы экологического сдвига, если содержание загрязняющих примесей в ней составляет одну дозу. Эта доза соответствует предельно допустимой концентрации данного вещества.

Нередко считают, что санитарное состояние водоема при сбросе в него сточных вод, в которых загрязнения составляют предельно допустимые концентрации, не будет ухудшаться. Из формулы следует, что при концентрации вредного вещества, равной ПДК, санитарное состояние

водоема будет сохранено только в том случае, если в данной группе вредности будет содержаться только одно вещество. При наличии нескольких т веществ одного ЛПВ для обеспечения санитарного благополучия водоема концентрация каждого из них должна составлять лишь часть ПДК.

При приближении к единице величины m Cz 1 I

z 1 ПДКz 1

будет приближаться к нулю, что может быть обеспечено лишь при очень глубокой очистке сбрасываемой воды от i-ro компонента. Из этого можно сделать вывод, что при пользовании одного водоема несколькими предприятиями одинаковой ЛПВ, при недостаточной очистке воды на одном предприятии необходимо увеличить степень очистки на других предприятиях. В этом случае вопросы воздействия загрязнений на водоем необходимо решать комплексно. Особенно это важно для речных нефтебаз, которые расположены в бассейне одной реки.

Следовательно, при использовании методов расчета условий сброса сточных вод в водоем, можно определить концентрации веществ в контрольных пунктах при произвольных числах выпусков сточных вод и количества содержащихся в них загрязняющих компонентов.

Методы расчета сброса сточных вод важны и для прогнозирования самоочищения водоемов. Процесс самоочищения очень важен не только с точки зрения скорости восстановления чистоты водоема, но и с точки зрения биохимической деструкции веществ, поступающих в водоемы. В результате жизнедеятельности микроорганизмов в водоем попадают метаболиты, которые служат питательным субстрактом для микроорганизмов, выделяющих другие метаболиты.

Так, при биохимическом окислении метанола в качестве метаболита используют формальдегид, который в свою очередь перерабатывается бактериями в муравьиную кислоту, также подвергающуюся дальнейшему биохимическому окислению. Параллельно с этими продуктами из потребляемого вещества частично образуются вода и углекислота. В результате биохимического окисления может образоваться конечный продукт, не поддающийся дальнейшей биологической деструкции. Такой продукт при БПК, равной нулю, может иметь существенную ХПК.

Таким образом, одновременно в воде водоема будут находиться загрязняющие вещества, сброшенные со сточными водами, промежуточные и конечные продукты жизнедеятельности микроорганизмов. В процессе самоочищения водоема все эти вещества будут находиться в меньших концентрациях, но могут быть более

токсичными по сравнению с первоначальным продуктом. Например, при биохимическом окислении многоатомных фенолов образуются хиноны, имеющие большую токсичность, чем исходное вещество. В этом случае происходит некоторое самозагрязнение водоема. Поэтому при расчете самоочищения водоемов необходимо учитывать превращение веществ в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Процесс самоочищения очень тесно связан с наличием кислорода в водоеме. В летний период при наличии реаэрации поступление кислорода в водоем происходит в таких количествах, которые достаточны для биохимического окисления поступающих сточных вод (при правильном проектировании сбросов). В зимний период (после ледостава), когда прекращается реаэрация, может наблюдаться достаточно глубокое обескислороживание воды несмотря на замедленность биохимического окисления при низкой температуре.

Поэтому при выборе типа очистных сооружений, схем очистки сточных вод и проектировании водосбросов в водоемы необходимо учитывать все факторы, влияющие на качество воды в водоеме, стоимость строительства и эксплуатации очистных сооружений и т.д.

При проектировании очистных сооружений нефтебаз для очистки производственных сточных вод необходимо знать, какими веществами и в каком количестве загрязнены эти воды. Примерный состав производственных сточных вод (мг/л) нефтебаз при рН 7,2 7,8

Однако в зависимости от характера операций на нефтебазах могут быть отклонения от этих значений. Так, при обработке подсланцевых и льяльных вод в них содержится до 190000 мг/л нефтепродуктов и до 500 мг/л механических примесей, а в промывных водах с установок и резервуаров и нефтяных зачисток содержится до 112000 мг/л нефтепродуктов, 9600 мг/л механических примесей и примерно 88300 мг/л соды.

В зависимости от параметров воды выбирают ту или иную систему очистки.

Основные мероприятия по защите окружающей среды

Защита окружающей среды это комплексная проблема, требующая усилий ученых многих специальностей. Наиболее активной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия выбросов промышленных предприятий является полный переход к безотходным и малоотходным технологиям и производствам. Это потребует решения целого комплекса сложных технологических, конструкторских и организационных задач, основанных на использовании новейших научнотехнических достижений. Важными направлениями экологизации промышленного производства следует считать: совершенствование технологических процессов и разработку нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду; экологическую экспертизу всех видов производств и промышленной продукции; замену токсичных отходов на нетоксичные; замену неутилизируемых отходов на утилизируемые; широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.

В качестве дополнительных средств защиты применяют: аппараты и системы для очистки газовых выбросов, сточных вод от примесей; глушители шума при сбросе газов в атмосферу; виброизоляторы технологического оборудования; экраны для защиты от ЭМП и др. Эти средства защиты постоянно совершенствуются и широко внедряются в технологические и эксплуатационные циклы во всех I отраслях народного хозяйства.

Дополнительные средства защиты окружающей среды применяют на транспорте и передвижных энергоустановках. Это глушители, сажеуловители, нейтрализаторы отработавших газов ДВС, глушители шума компрессорных установок и ГТДУ, виброизоляторы рельсового транспорта и т. д.

Важная роль в защите окружающей среды отводится мероприятиям по рациональному размещению источников загрязнений: вынесение промышленных предприятий из крупных городов в малонаселенные районы с непригодными и малопригодными для сельскохозяйственного использования землями; оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом топографии местности; установление санитарнозащитных зон вокруг промышленных предприятий; рациональная планировка городской застройки, обеспечивающая оптимальные экологические условия для человека и растений; организация движения транспорта с целью уменьшения выброса токсичных веществ в зонах

жилой застройки.

В охране окружающей среды необходимы службы контроля качества окружающей среды, которые должны вести систематизированные наблюдения за состоянием атмосферы, воды и почвы для получения фактических уровней загрязнения окружающей среды. Полученная информация о загрязнениях позволяет быстро выявлять причины повышения концентраций вредных веществ и активно их устранять.

Очистка выбросов от газо- и парообразных загрязнителей

Создаваемые в промышленности газоочистные установки позволяют обезвреживать технологические и вентиляционные выбросы без или с последующей утилизацией уловленных примесей. Первый тип аппаратов характеризуется санитарными ограничениями, связанными с процессами удаления, транспортировки и захоронения уловленного продукта. Аппараты с выделением продукта в концентрированном виде и дальнейшем использовании его для нужд народного хозяйства наиболее перспективны. Производство таких установок важный этап в разработке малоотходной и безотходной технологии.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на пять основных групп: промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (хемосорбция); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсорбция); термическая нейтрализация отходящих газов и поглощение примесей путем применения каталитического превращения.

Метод абсорбции. В технике очистки газовых выбросов процесс абсорбции часто называют скрубберным процессом. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Движущей силой здесь является градиент концентрации на границе фаз газ жидкость. Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффициенты диффузии, т. е. в