2.2.3. Деэмульгирование

Для очистки сточных вод от нефтепродуктов проводят процессы деэмульгирования. Деэмульгирование – это процесс, обратный эмульгированию, который приводит к полному или частичному расслоению образующих эмульсию жидкостей. Как правило деэмульгирование происходит, когда действие стабилизаторов эмульсий перестаёт быть эффективным, то есть образуемые ими на поверхности капель защитные оболочки разрушаются, в результате капли эмульсии укрупняются вследствие коалесценции (слияния) в процессе броуновского движения, седиментации (оседания) или перемешивания. Степень очистки сточных вод от нефтепродуктов, достигаемая на различных сооружениях приведена в таблице 2.2.3.1.[11]

Таблица 2.2.3.1.

Степень очистки сточных вод от нефтепродуктов на различных сооружениях

Сооружение	Содержание нефтепродуктов в воде, мг/л
	поступающей в сооружения	очищенной
Нефтеловушка	400-15000	50-100
Флотационная установка (с коагуляцией)	50-100	15-20
Пруд-отстойник	50-100	15-30
Станция биологической очистки	20-50	5-10
Установка озонирования (две ступени)	10-15	1-3

Существует несколько методов деэмульгирования. [12]

Наиболее экономичен и высоковостребован механический метод.очистки. Для производственных сточных вод механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ до 90-95%, причем механическая очистка служит первой ступенью очистки сточных вод. Такие процессы как отстаивание, центрифугирование и фильтрование достаточно развиты и широко применяются в очистки сточных вод.[13,14]

Для выделения из сточной воды взвешенных веществ используют отстаивание, основываясь на разности плотностей, при этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают, что помогает достаточно осветлить воду. Отстаивание сточных вод происходит в резервуарах (отстойниках), где под действием гравитационной силы примеси всплывают на его поверхности. Отстойники могут работать в динамическом (наполнение и опорожнение резервуара происходят одновременно) и статитеском (по трем циклам: наполнение, отстаивание, опорожнени) режимах. [15]

Разрушают эмульсию под действием центробежного поля такие аппараты как, центрифуги, где вращение жидкости передается от вращающихся элементов, но они получили весьма ограниченное применение ввиду большой стоимости и требования высококвалифицированного обслуживания. Поэтому более экономичным вариантом является использование циклонов и гидроциклонов, где вращение жидкости возникает при тангенциальном вводе потока в аппарат. [14]

Фильтрование применяют для задержания более мелких частиц уже осветленной воды после отстойника. Основные характеристики фильтра скорость фильтрации и качество очистки зависят от характера загрузки и фильтрующего материала (крупность, форма, порозность, высота).[16]

Для улавливания нефтепродуктов в основном используют каркасные фильтры с материальными загрузками такими как пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические шлаки и др.), волокнистые и эластичные материалы, обладающие сорбционными свойствами и высокой нефтеемкостью (нетканые синтетические материалы, пенополиуретан и др.); и волокнистые материалы для укрупнения эмульгированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие фильтры).с зернистым слоем.

Первые два метода объединяет период фильтроцикла,а для коалесцирующего фильтра характерен отрыв пленки нефтепродуктов от поверхности фильтрующего слоя в виде капель с диаметром несколько миллиметров и их всплывание.Коалесцирующие фильтры имеют весьма существенные достоинства: высокие эффективность разделения эмульсий, удельная производительность, простота изготовления, эксплуатации и автоматизации и длительный межрегенерационный период.Именно поэтому конструктивно коалесцирующие фильтры практически всегда объединяются с отстойниками, где нашли применение в нефтяной промышленности и на судах морского флота для очистки нефтесодержащих сточных вод. [13-16]

Физико-химическая очистка характеризуются такими методами как коагуляция, флокуляция, флотация и сорбция. Обычно данный метод используют для более глубокой очистки после механической. [13]

В качестве коагулянтов при коагуляционном методе используют соли железа и аллюминия, в воде они образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их.В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянтаФлокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагуляций и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.Для очистки сточных вод используют природные(крахмал, декстрин, эфиры, целлюлозы) и синтетические флокулянты. [13,14] Затем хлопья выделяются в процессе отстаивания, фильтрования или флотации. Флотацию в основном применяют для нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. Процесс заключается в создании комплекса частица-пузырек воздуха, всплывании этого комплекса и удалении образовавшегося пенного слоя. Эффект взаимодействия пузырьков газа с дисперсной фазой определяется их адгезионно-поверхностными свойствами, что даёт возможность удалять из воды как твёрдую, так и жидкую тонкодисперсную взвесь. Эффективность очистки методом флотации достигает 90%, а при использовании коагулянтов и флокулянтов флотация обеспечивает высокоэффективную очистку сточных вод − до 95-98%.[17] В зависимости от способа получения пузырьков в воде существуют следующие способы флотационной очистки:флотация пузырьками, образующимися путем механического дробления воздуха (механическими турбинами-импеллерами, форсунками, с помощью пористых пластин и каскад-ными методами);флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных растворов воздуха в воде(вакуумная,напорная); электрофлотация.Достоинствами флотации, по сравнению с отстаиванием, является большая скорость процесса, высокая степень очистки,'остаточная концентрация нефтепродуктов составляет 5-7 мг/дм³.[18]

Для более глубокой чистки от тонкоэмульгированных и растворенных нефтепродуктов применяют сорбцию. Процесс поглощения происходит всей структурой, поэтому качество сорбента определяют по степени гидрофобности к звгрязняющему веществу.[19]Данный метод позволяет достичь очистки до 0,05 мг/дм³ содержания нефти. [18]

Сорбенты подразделяются на неорганические(песок, цеолиты, туфы), органические (активированные угли) и синтетические(полипропиленовые волокна, полиуретан)[20] В работах [21,22] показана возможность применения отходов полимерных материалов и поливинилхлорида для очистки сточных вод от нефтяных загрязнений, приведены результаты и исследований. Процесс сорбции может осуществляться как в статических условиях, где частица жидкости не перемещается относительно частицы сорбента ( аппараты с преремешивающими устройствами), так и в динамических условиях, где частица жидкости перемещается относительно сорбента (фильтры, аппараты с псевдоподвижным слоем).

Все химические методы очистки базируются на процессах химического окисления с применением озона и хлора. Наиболее широкое применение озонный метод, поскольку озон обладает высокой окислительной способностью и при нормальной температуре разрушает вещества. С помощью озонирования можно достичь до 0,05 мг/дм³ концентрации нефтепродуктов и даже ниже[18,23]В процессе исследований установлено, что предварительное озонирование позволяет существенно уменьшить дозу коагулянта. В качестве примера в таблице 2.2.3.2 представлены данные качества неозонированной и озонированной (Доз = 1,5 мг/л) воды, очищенной при различных дозах коагулянта. При сравнении полученных данных видно, что без предварительного озонирования качество очищенной воды даже при дозе коагулянта 2,3 мг/л ниже, чем с предварительным озонированием и дозой коагулянта 1,0-1,2 мг/л.[24]

Таблица 2.2.3.2.

Влияние озонирования на качество очищенной воды[24]

Доза реагентов, мг/л			Мутность, мг/л		Цветность, Град		Остаточный алюминий, мг/л
Коагулянт	Озон
2,3	0 1,5	0,9 0,2		12 7		0,3 0,2
2	0 1,5	0,8 0,8		12 8		0,36 0,31
1,2	0 1,5	1,1 1		13 10		0,27 0,18
1	0 1,5	1,3 0,9		13 9		0,42 0,2

Проектирование и расчет озонаторных установок производятся в соответствии с [25] исходя из состава обрабатываемой воды, удельного расхода озона на единицу окисляемых веществ (1,5−5 мг/мг нефтепродуктов) и его содержания в озоно-воздушной смеси генераторов озона 15–25 мг/дм3, а также на основании технологических испытаний для каждого конкретного случая. [26].

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 загрязнения. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - H2O, CO2, NO3-, SO42- и др. Этот способ является самым эффективным по степени очистки от нефти и других загрязняющих веществ (см. таблицу 2.2.3.3.), но сложность строгого соблюдения технологического режима, токсическое действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и дальнейшей утилизации отработанного активного ила, затрудняет использование метода.[18]

Таблица 2.2.3.3.

. Допустимые максимальные концентрации вредных веществ в сточных водах, для которых возможно биологическое их окисление[13]

Вещество	Допустимая концентрация вредных веществ в сточных водах, мг/л	Степень удаления в процессе полной биологической очистки, %
Нефть и нефтепродукты1	25	85 - 90
биологически мягкие (окисляющиеся на сооружениях биологической очистки) анионные	20	80
то же, неионогенные	50	90
Промежуточные анионные	20	60
то же, неионогенные	20	75
Формальдегид	25	80
Сульфиды	1	99,5
Медь	0,5	80
Никель	0,5	50
Кадмий	0,1	60
Хром (трехвалентный)	2,5	80
Цинк	1	70
Сернистые красители	25	90
Мышьяк	0,1	50
Свинец	0,1	50
Кобальт	1	50

Очистные сооружения биологической очистки можно разделить на два основных типа: сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным(поля орошения, биологические пруды) и сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях (аэротенках, биофильтрах и аэрофильтрах).[13-16] В работах [27,28] разработан биосорбционный метод для удаления биоразлагаемых и биорезистентных загрязняющих веществ (нефтепродукты, хлорорганические и фосфорорганические соединения, соединения азота и др.), что не достигается традиционными методами биологической очистки и отдельно мемрбанными методами. Исключить эти недостатки помогло создание гибридных биосорбционно – мембранных технологий, но появились другие – снижение производительности вследствие биологического обрастания поверхности мембран.[29-31]

Коалесцентный и мембранный методы встречается довольно часто поэтому рассмотрим их более подробно.