Улавливание нефтепродуктов из промышленных стоков

В процессе эксплуатации нефтебаз вместе с промышленными стоками в канализационную сеть частично попадают и нефтепродукты. Нефтесодержащие стоки в основном образуются в результате розливов на эстакадах, в разливочных, при дренировании воды из резервуаров и т. д. Очистка промышленных стоков кроме сохранения нефтепродуктов имеет очень важное санитарное значение — предохранение водоемов от загрязнения.

Нефть может находиться в сточных водах в эмульгированном, коллоидном и растворенном состояниях. Тяжелые фракции нефти (смолы, битумы) могут осесть на дно. Нефть, плавающая на поверхности воды, составляет обычно основную массу загрязнений, образующихся из попавших в воду крупных частиц нефти, быстро всплывающих на поверхность. Содержание плава­ющей нефти в стоках составляет от нескольких миллиграммов до сотен граммов на 1 л воды и зависит от организации технологического процесса, состояния оборудования, трубопроводов и т. д. Удаление с поверхности воды этой нефти не представляет затруднений и легко осуществляется в обычных нефтеловушках.

Эмульгированная нефть находится в воде в виде взвешенных шаровых частиц размером от десятых долей до сотен микрон. Эмульгированная нефть может образоваться яри сильном механическом перемешивании с водой в насосах, трубопроводах и т. д. Эмульгированию нефти способствует наличие в воде щелочей и поверхностно-активных веществ, уменьшающих поверхностное натяжение на границе нефть — вода. Количество эмульгированной нефти в воде колеблется обычно от десятков до сотен миллиграммов на 1л.

В отличие от плавающей удаление эмульгированной нефти из воды представляет гораздо большие трудности, так как она может длительное время нахо­диться в воде, не укрупняясь и не всплывая. Устойчивость эмульгированных частичек объясняется несколькими причинами. Одна из главных причин — их малый размер. При крупных размерах частиц гравитационные силы привалируют над силами, удерживающими частицы во взвешенном состоянии, в результате чего частицы быстро всплывают на поверхность воды. С уменьшением размера частиц гравитационные силы быстро убывают и основную роль начинают играть силы, стремящиеся удержать частицы в эмульгированном состоянии. К таким силам, в частности, относятся силы броуновского движения, связанные с тепловым движением частиц, и электростатические силы (отталкивания), вызываемые наличием у частиц нефти отрицательных электрических зарядов.

Наличие электрического заряда приводит к образованию вокруг частиц эмульсии двойного электрического слоя из ионов, образующихся при диссоциации электролитов, почти всегда присутствующих в сточных водах. На поверхности частицы адсорбируются положительные ионы, а вокруг них располагаются ионы противоположного знака. При движении частицы в жидкости на границе между ней и жидкостью возникает так называемый электрокинетический потенциал, величина которого в значительной мере характеризует стойкость эмульсии. Наличие двойных электрических слоев ионов вокруг эмульгированных частиц препятствует их коалесценции (слиянию) при сталкивании, а следовательно, и образованию более крупных частиц, способных быстрее всплывать.

Особенно стойкие эмульсии образуются при наличии в сточных водах поверхностно-активных веществ (ПАВ) — эмульгаторов, действие которых обусловлено особым строением молекул, состоящих из гидрофобной и гидрофильной частей. Гидрофобная часть молекулы эмульгатора хорошо смачивается нефтью, а гидрофильная — водой. Поэтому молекулы эмульгатора, накапли­ваясь на поверхности раздела нефть — вода, ориентируются таким образом, что гидрофобные части их направлены в сторону нефти, а гидрофильные — в сторону воды. В результате частицы нефти оказываются окруженными адсорбционным слоем молекул эмульгатора, хорошо смачиваемых водой, что препятствует коалесценции отдельных частиц и повышает стойкость эмульсии. Поверхностное натяжение на границе нефти с гидрофобными частями молекул эмульгатора оказывается меньшим, чем на границе нефти с водой.

Уменьшение поверхностного натяжения способствует образованию в воде более мелких частиц нефти и тем самым дополнительно стабилизирует эмульсию. Роль эмульгаторов могут играть также присутствующие в сточной воде мельчайшие минеральные частицы (глина, ил и другие), прилипающие к поверхности капелек нефти и образующие на них своего рода «броню», предохраняющую капельки от непосредственного соприкосновения. Более крупные минеральные частицы могут покрываться пленкой нефти и вместе с нею вплывать на поверхность или осаждаться на дно, образуя пропитанный нефтью осадок.

Коллоидная нефть содержится в сточных водах в количествах, не превышающих 20 мг/л. Размер коллоидной частицы нефти составляет обычно 0,01— 0,1 мк. Растворимость нефти в воде очень мала (около 0,5 мг/л), поэтому содер­жание ее в сточных водах практически можно принять равным нулю.

Процесс разделения нефти и сточной воды при отстаивании происходит неравномерно во времени. Основная масса всплывает в течение первых 30— 40 мин. Затем происходит постепенное замедление процесса разделения и концентрация нефти в воде меняется мало. Абсолютная величина остаточного содержания нефти, определяющая эффективность отстаивания, различна для сточных вод разного происхождения и зависит от количества содержащихся в ней наиболее тонкоэмульгированных частиц. В нефтеловушках при их нормальной эксплуатации задерживаются частицы величиной более 100 мк. По данным исследований количество задерживаемой в нефтеловушке нефти не превышает 95%, а ее остаточное содержание в воде составляет 100—300 мг/л.

Такая степень очистки сточных вод не удовлетворяет требованиям санитарной охраны водоемов и позволяет использовать нефтеловушки лишь в качестве предварительной ступени очистных сооружений. Более высокий эффект достигается в прудах-отстойниках (земляные амбары), где происходит вторичное (после нефтеловушки) и более длительное отстаивание в статических условиях. Однако устройство таких отстойников требует больших земельных площадей.

Большая площадь отстойника, с одной стороны, увеличивает производительность отстоя, а с другой стороны, затрудняет откачку накапливающейся нефти и очистку от осадков. Опыт эксплуатации прудов-отстойников на нефте­перерабатывающих заводах показывает, что содержание нефти в воде может быть доведено до 50 мг/л.

Процесс отстаивания может быть интенсифицирован коагуляцией. Вводимый в воду коагулянт нейтрализует отрицательные заряды эмульгированных капелек нефти, способствуя тем самым их слипанию, а образованные ими хлопья сорбируют на своей развитой поверхности мелкие частицы загрязнений, облегчая их отделение от воды. В качестве коагулянтов могут быть использованы известь, глинозем, сернокислое и хлорное железо.

Наилучшие результаты были достигнуты при добавлении извести в количествах 150—200 мг/л. В этом случае остаточное содержание нефти падало до 15 мг/л.

Однако необходимость применения больших доз коагулянта, повседневный химический контроль, сложность эксплуатации очистных сооружений, образование большого количества трудноудаляемого осадка, содержащего большое количество нефти, являются существенными недостатками, ограничивающими широкое применение способа коагуляции.