25.3. Очистное оборудование

В практике очистки водоемов эксплуатируются очистные аппараты различных конструкций. Наиболее распространены аппараты, действующие на принципе флотации.

Флотация заключается в том, что в загрязненную водную смесь вводят химические реагенты и насыщают пузырьками воздуха, которые слипаются с частицами примесей, образуя флотокомплексы «пузырек  пленка  частица». Так как суммарная плотность флотокомплексов меньше плотности жидкости, они всплывают в виде пены на поверхность. Пена, содержащая отделяемый материал, сгребается специальным механизмом и в виде конгломерата отправляется на дальнейшую переработку. В очистных установках используют такие виды флотации, как пневматическая, механическая, напорная (прямоточная или с рециркуляцией), электрическая, химическая, вакуумная, вибрационная и комбинированная.

Сущность метода напорной флотации заключается в том, что в обрабатываемую сточную воду подают воздух при помощи компрессора или эжектора, после чего смесь в течение 35 минут выдерживают в абсорбере (сатураторе, напорном баке) под давлением 400500 кПа для растворения воздуха. Из абсорбера жидкость поступает во флотационную камеру, где за счет резкого падения внешнего давления воздух выделяется в виде мельчайших (50100 мкм) пузырьков, которые, закрепляясь на поверхности частиц (или обволакиваясь пленками нефтепродуктов, масел и т.п. веществ), обеспечивают флотирование загрязнений. Воздухом можно насыщать весь объем жидкости (прямоточная схема) или часть очищенной (схема с рециркуляцией). Схема с рециркуляцией более экономична, так как воздухом насыщается только часть объема, но обладает и некоторыми недостатками. Очищенная вода содержит остаточные концентрации веществ, снижающих величину поверхностного натяжения, что отрицательно влияет на размер пузырьков (они получаются более крупными) и весь процесс абсорбции усложняется. За счет циркуляционного потока возрастает гидравлическая нагрузка на флотационную камеру, что требует увеличения ее размеров, ухудшает гидродинамические характеристики всплывания флотокомплексов. При смешивании исходной воды и циркуляционного потока происходит локальное изменение свойств смеси за счет разбавления.

На акватории портов и пристаней загрязнения, попадают с судов, с предприятий и из жилых районов. В большом количестве мусор попадает на акватории при подъеме уровней воды в половодье, поступает со снеговыми и дождевыми водами.

Под действием ветра и течений нефтяные поля и мусор дрейфуют по акватории порта, загрязняя воду, стенки причалов, доков, корпуса судов и создавая опасность пожара. Загрязнения с акваторий портов выносятся в реки, усложняют работу водозаборных устройств, ухудшают качество воды, забираемой для хозяйственно-бытовых и технических целей, наносят вред рыбному хозяйству. Поэтому на водных путях и на акваториях портов весьма важны профилактические мероприятия по предупреждению загрязнения воды нефтью и нефтепродуктами, а также своевременная и эффективная очистка водной поверхности.

Для локализации нефтяных загрязнений на ограниченных участках акватории во избежание растекания нефти применяют плавучие ограждения  боны. Используются боны и как профилактическое средство при загрузке судов топливом и при разгрузке танкеров, чтобы предупредить растекание загрязнений при непредвиденных повреждениях перекачивающих устройств, а также случайного переполнения грузовых и топливных емкостей при погрузке.

Разнообразие нефтяных загрязнений потребовало создания большого числа конструкций очистных средств и технологии очистки. Все разнотипные технические средства для борьбы с загрязнением водной поверхности можно классифицировать по принципу сбора нефти или мусора и по способу их перемещения. В зависимости от рода собираемых загрязнений они делятся на мусоросборщики, нефтемусоросборщики и нефтесборщики.

В адсорбционных устройствах использована способность некоторых материалов хорошо впитывать нефтепродукты (нефтефильность) и плохо впитывать или совсем не впитывать воду (гидрофобность). К материалам этой группы можно отнести эластичные пенопласты, изготовленные на основе полиуретана, полипропиленовое волокно, бумажные и текстильные ленты. Данные устройства включают ленту, в которую вплетены впитывающие нефть элементы. При прохождении такой ленты через нефтяное загрязнение адсорбирующий материал впитывает в себя нефтепродукты, после чего его пропускают через отжимные валки. Такими устройствами можно собирать любые нефтяные загрязнения на мелководье, в затонах, в местах скопления водной растительности. К недостаткам этих устройств можно отнести некоторую сложность конструкции и сравнительно быстрое изнашивание адсорбирующего материала.

Принцип действия адгезионных устройств основан на свойстве нефти налипать на некоторые материалы, которые не смачиваются или плохо смачиваются водой. К таким материалам относятся алюминий и его сплавы, а также некоторые пластмассы. Устройства могут быть выполнены в виде конвейерной ленты, набора дисков или барабана. Нефтепродукты очищаются с адгезионных материалов скребками. Эффективность таких устройств определяется объемом нефти, прилипшей к единице площади устройства, и скоростью рабочего органа. Собранная по такому принципу нефть содержит мало воды, поэтому отстойные цистерны и сепараторы не требуются.

Принцип перетекания слоя воды через водосливное отверстие из зоны с большим уровнем воды в зону с меньшим уровнем использован при создании пороговых устройств. Понижение уровня в приемной камере по отношению к уровню воды за бортом создается путем откачивания воды из приемной камеры различными способами. Такие устройства отличаются простотой конструкции и надежностью. Они могут быть саморегулирующимися и успешно эксплуатируются при волнении. В этих устройствах создается эффект спокойного поверхностного подтекания слоя воды к приемному отверстию и таким образом обеспечивается подтягивание к нему нефтяной пленки с большой площади.

Используемые за рубежом в практике борьбы с поверхностными загрязнениями воды средства, основывающиеся на распылении обработанного химикалиями песка и служащие для осаждения нефтепродуктов в глубоководных зонах, не могут быть широко рекомендованы. Последнее объясняется тем, что в результате подобных мероприятий оказывается загрязненным донный аллювий. Поэтому такая операция применима только на замкнутых акваториях и должна предусматривать последующее извлечение загрязненного песка со дна с помощью специальных землесосов, удаление и экологически безопасное захоронение загрязненного материала.

Для успешного решения проблемы экологической безопасности строительства и эксплуатации подводных нефтепроводов особое значение приобретает получение достоверных исходных данных, позволяющих точно определить плановое положение трубы, положение трубы в грунте под толщей воды, характеристики грунта засыпки и основания траншеи, остаточную толщину стенки трубы для оценки возможности дальнейшей эксплуатации.