6. Защита водных объектов от загрязнений

1. Способы очистки нефтесодержащих стоков

Выбор технологической схемы очистки сточных вод определяется требованиями к качеству очищенной воды. Основу очистки составляет механическая обработка. При этом в зависимости от конкретных условий используются гравитационные устройства разнообразных конструкций, а в целях повышения эффекта очистки может быть осуществлена предварительная или последующая обработка стоков.

На практике достаточно широко используется отстаивание с использованием реагентов (коагулянтов, флокулянтов, их комбинаций) или без них. Кроме того, технология очистки может включать фильтрование, флотацию, сорбцию, центрифугирование, хлорирование или озонирование.

Методы механической очистки, основанные на гравитационном разделении материалов, позволяют извлекать из сточных вод нефтепродукты, находящиеся в грубодисперсном (капельном) состоянии. Поэтому эти методы применяются совместно с другими, более тонкими методами.

Используемые для механической очистки стоков решетки, песколовки, нефтеловушки, отстойники и другие устройства предназначаются для задержания основной массы сопутствующих загрязнений минерального происхождения (песок, земля), а также для защиты от износа и забивания устройств и сооружений, устанавливаемых за ними. В процессе очистки часть нефтепродуктов всплывает в виде пленки на поверхность воды, а другая часть, покрывая грубодисперсные примеси, опускается на дно. На рис. 23 приведен перечень основных устройств, предназначенных для очистки нефтесодержащих стоков.

Рис. 23. Основные устройства для механической очистки нефтесодержащих стоков

С помощью песколовок удаляются механические грубодисперсные примеси, а также часть нефтепродуктов. В технологических схемах очистки они располагаются между решетками и первичными отстойниками (или нефтепродуктами), обеспечивая их нормальную работу. Конструктивно песколовки в зависимости от направления движения сточной воды подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Они применяются при расходе сточных вод более 100 м³/ч. При меньшем расходе очищаемых вод используют щелевые песколовки, эффективность которых ниже. Горизонтальные и вертикальные песколовки задерживают 15...20 % минеральных примесей из стоков. Удаление осадка из песколовки (кроме щелевой) производится гидроэлеватором.

Основная масса нефтепродуктов из стоков (до 95 %) улавливается с помощью нефтеловушек. По конструктивному исполнению нефтеловушки могут быть горизонтальными, вертикальными, радиальными с дополнительными устройствами, позволяющими эффективно удалять как плавающие нефтепродукты с поверхности воды, так и осадок. Наибольшее распространение получили горизонтальные нефтеловушки, степень очистки сточных вод при помощи которых достигает 60...70 %. Для повышения эффективности работы нефтеловушек применяют тонкослойное отстаивание, когда в отстойной зоне располагают пакеты пластин под углом 45...50° с зазором 20...100 мм. Сокращение времени отстаивания достигается уменьшением пути движения частиц. При использовании многоярусных нефтеловушек степень очистки можно повысить до 98 %.

Процесс отстаивания может быть организован как в специальных отстойниках, так и в маслоловушках. Этот процесс основан на использовании закономерности всплывания маслопродуктов в воде. Следует отметить, что с помощью отстойников можно отделять не только легкие фракции (маслопродукты), но и твердые частицы с удельной плотностью выше, чем у воды.

Отделение маслопродуктов в поле действия центробежных сил осуществляют в напорных гидроциклонах. При этом конструкция циклона такова, что позволяет использовать напорный гидроциклон для одновременного выделения и твердых частиц, и маслопродуктов. Движение потока по спирали позволяет полнее использовать объем аппарата.

Для очистки сточных вод от маслопродуктов широко используется флотация. Применение процесса флотации позволяет интенсифицировать всплывание маслопродуктов за счет их обволакивания пузырьками воздуха, который подается в сточную воду. В зависимости от процесса образования пузырьков воздуха различают несколько видов флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, биологическую, электрофлотацию, вибрационную.

На рис. 24 представлена схема флотатора, предназначенного для очистки сточных вод от маслопродуктов, поверхностно-активных и органических веществ, а также от взвешенных частиц.

Сжатый воздух

Вода

Рис. 24. Схема пневматического флотатора:

1, 2, 6, 8 – трубопроводы; 3 – крышка; 4 – вентилятор; 5 – пеносборник; 7 – приемник очищенной воды; 9 – перегородка; 10 – корпус; 11– насадки

Принцип действия флотатора заключается в следующем: сточная вода по трубопроводу 1 из отверстия в нем равномерно поступает во флотатор. Одновременно по трубопроводу 2 подается сжатый воздух, который через насадки 11, выполненные из пористого материала, в виде мельчайших пузырьков равномерно распределяется по сечению флотатора. Образующаяся пена скапливается между зеркалом воды и крышкой флотатора 3, откуда она отсасывается центробежным вентилятором 4 в пеносборник 5 и через трубопровод 6 направляется для обработки пены и извлечения из нее маслопродуктов. В процессе вертикального движения сточной воды во флотаторе содержащийся в воздухе кислород окисляет органические примеси, а при малой их концентрации имеет место насыщение воды кислородом. Очищенная таким образом сточная вода огибает вертикальную перегородку 9 и сливается в приемник 7 очищенной воды, откуда по трубопроводу 8 подается для дальнейшей обработки.

В ряде случаев единственным способом очистки сточных вод является фильтрование. В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, керамзит, графит, кокс, полимерные материалы – пенополистирол, пенополиуретан, синпон и другие, а также сетки, нетканые материалы на основе синтетических волокон и т.д.

При регенерации синтетических фильтрующих материалов удаляется до 95 % адсорбированных нефтепродуктов. Экономическая целесообразность фильтрования определяется продолжительностью работы фильтра между промывками, поэтому, как правило, фильтрование применяют после предварительной механической очистки. Фильтрование позволяет снизить концентрацию маслопродуктов в сточной воде на выходе из отстойников и гидроциклонов, которая составляет 0,01...0,2 кг/м³ и значительно превышает допустимые концентрации.

На рис. 25 представлена схема фильтра-сепаратора с фильтровальной загрузкой из частиц пенополиуретана, предназначенного для очистки сточных вод от маслопродуктов и твердых частиц. Сточную воду по входному трубопроводу5 подают под нижнюю опорную решетку 4. Вода проходит через фильтровальную загрузку в роторе 2, верхнюю решетку 4 и, очищенная от примесей, переливается в приемный карман 6 и выводится из корпуса 1 фильтра.

Рис. 25. Схема полиуретанового фильтра:

1 – корпус; 2 – ротор с фильтрующим материалом; 3 – карман для сбора маслопродуктов; 4 – опорная решетка; 5 – входной трубопровод; 6 – приемный карман для очищенной воды; 7 – электродвигатель

При концентрации маслопродуктов и твердых частиц до 0,1 кг/м³ эффективность очистки составляет соответственно 0,92...0,98 и 0,90. Время непрерывной эксплуатации фильтра составляет 16...24 ч. Достоинствами данной конструкции являются простота и высокая эффективность регенерации фильтра, которая производится с помощью электродвигателя 7. При вращении ротора 2 электродвигателя, заполненного частицами пенополиуретана, возникают центробежные силы, отбрасывающие эти частицы к внутренним стенкам ротора и выжимающие маслопродукты. Затем маслопродукты поступают в карманы 3 и направляются на регенерацию, время которой составляет около 0,1 ч.

Добавление в сточные воды осаждающих или эмульгирующих веществ – коагулянтов – позволяет интенсифицировать процесс очистки. При коагуляции происходит образование в результате химической реакции нового малорастворимого в воде соединения, являющегося центром образования хлопьевидных структур. В качестве коагулянтов в устройствах очистки сточных вод обычно используется глинозем (сульфат алюминия) или железный купорос (сульфат двухвалентного железа). Дозировка коагулянта устанавливается экспериментально для каждого конкретного случая.

Для повышения качества очистки сточных вод, а также ускорения процесса коагуляции и увеличения скорости осаждения образующихся хлопьев применяют флокуляцию – добавление специальных веществ – флокулянтов. В качестве последних применяют крахмал, поливиниловый спирт, полиакриламид и др. В настоящее время производится более 1500 полимерных флокулянтов различного назначения. Вместе с тем постоянно ведутся работы по созданию новых видов флокулянтов.

Для очистки сточных вод от растворимых примесей, кроме рассмотренных выше способов, широко применяются электрокоагуляция, сорбция, нейтрализация, эвапорация, ионный обмен, озонирование и др.

В целях очистки нефтесодержащих сточных вод наряду с коагуляцией и флокуляцией используют адсорбцию. В качестве адсорбентов применяют природные и искусственные пористые материалы. Выпускаемые промышленностью адсорбенты должны удовлетворять определенным стандартным показателям, в том числе прочности на истирание, сорбционной емкости и др. Чаще всего используется активированный уголь, обладающий наибольшей сорбционной способностью.

Ионообменные методы очистки вод находят применение практически в любых отраслях промышленности для очистки от многих примесей, в том числе и шестивалентного хрома. Эти методы обеспечивают высокую эффективность очистки и позволяют получать выделенные из сточной воды металлы в виде относительно чистых и концентрированных солей. Для ионообменной очистки сточных вод используют синтетические ионообменные смолы.