Основные методы очистки поверхностных и сточных вод от нефтепродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Основные методы очистки поверхностных и сточных вод от нефтепродуктов

сточный вода очистка поверхностный

Содержание

Введение

1. Основные виды загрязняющих веществ для поверхностных и сточных вод

2. Классификация нефтепродуктов, как загрязняющих веществ в поверхностных и сточных водах

3. Этапы очистки производственных сточных вод

4. Характеристика различных методов очистки сточных вод от нефтепродуктов и их особенности

4.1 Механические методы очистки поверхностных сточных вод

4.2 Физико-химические методы очистки поверхностных стоков

4.3 Биохимический метод очистки нефтесодержащих сточных вод

5. Проблема очистки сточных вод от поверхностно - активных веществ (ПАВ)

Заключительная часть

Список использованной литературы

Введение

Природная вода - не только источник водоснабжения и транспортное средство, но и среда обитания животных и растений. Круговорот воды в природе создает необходимые условия для жизни человечества на Земле.

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

Вода - один из важнейших факторов, определяющих размещение производительных сил, а очень часто и средство производства. Увеличение расходования воды промышленностью связано не только с ее быстрым развитием, но и с увеличением расхода воды на единицу продукции.

Большие объёмы воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Также к резкому увеличению потребности в воде приводит развитие энергетики .

Одним из наиболее значительных водопотребителей является сельское хозяйство. В системе водного хозяйства это самый крупный водопотребитель. На выращивание 1 т пшеницы требуется за вегетационный период 1500 м3 воды, 1 т риса - более 7000 м3. Высокая продуктивность орошаемых земель стимулировала резкое увеличение из площади во всем мире - она сейчас равна 200 млн. га. Составляя около 1/6 всей площади посевов, орошаемые земли дают примерно половину сельскохозяйственной продукции.

Особое место в использовании водных ресурсов занимает водопотребление для нужд населения. На хозяйственно-питьевые цели в нашей стране приходится около 10% водопотребления. При этом обязательными являются бесперебойность водоснабжения, а также строгое соблюдение научно обоснованных санитарно-гигиенических нормативов. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Наиболее широко распространенными загрязнителями сточных вод являются нефтепродукты - неидентифицированная группа углеводородов нефти, мазута, керосина, масел и их примесей, которые вследствие их высокой токсичности, принадлежат, по данным ЮНЕСКО, к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Нефтепродукты могут находиться в растворах в эмульгированном, растворенном виде и образовывать на поверхности плавающий слой.

1. Основные виды загрязняющих веществ для поверхностных и сточных вод

Химический состав как природных, так и промышленных сточных вод весьма разнообразен. В природных водах наряду с веществами, являющимися продуктами естественных биологических процессов, протекающих в природе, повсеместно присутствуют соединения антропогенного происхождения, часто не только ухудшающие органолептические свойства воды, но и сообщающие ей токсичность. Кроме того, огромное количество химических веществ в виде исходных, промежуточных или конечных продуктов различных производств попадает в естественные водоемы со сточными водами. Главными загрязняющими веществами являются нефтепродукты, биогенные вещества, фенолы, ядохимикаты, соли тяжелых металлов, радионуклиды.

Состав загрязнений зависит от вида производства. Так, в сточных водах производства минеральных и органических солей присутствуют неорганические кислоты, щелочи и соли, в стоках нефтеперерабатывающих заводов -нефтепродукты, масла, смолы, поверхностно - активные вещества (ПАВ) и т.д.

Для предотвращения загрязнения водных ресурсов внедряется очистка сточных вод перед их сбросом в водные объекты. Разработаны и используются в промышленности различные методы механической, физико-химической и биологической очистки сточных вод, позволяющие утилизировать ценные примеси и эффективно обезвреживать сточные воды от вредных примесей.

Комплексная очистка сточных вод от примесей осуществляется путем применения технологических схем, включающих несколько методов очистки. Схема очистки сточных вод должна обеспечивать минимальный сброс загрязняющих веществ в водоем, максимальное использование очищенных сточных вод в технологических процессах и системах оборотного водоснабжения, более полное извлечение ценных примесей.

Одним из наиболее распространенных видов загрязнений промышленных сточных вод являются растворенные и эмульгированные нефтепродукты и масла. К этому классу загрязнений принадлежат сырая нефть, нерастворимые или малорастворимые в воде жидкие углеводороды нефти, смол, растительных и минеральных масел, животных жиров, легкие и тяжелые топлива (мазут, бензин, газ, газойль), а также их смеси. Нефтепродукты и масла являются характерными для сточных вод металлургических, машиностроительных, нефтехимических предприятий, ТЭС, АЭС и других промышленных объектов с большими объемами сбросов.

2. Классификация нефтепродуктов, как загрязняющих веществ в поверхностных и сточных водах

В настоящее время защита окружающей среды от нефтесодержащих сточных вод - одна из главных задач. Мероприятия, направленные на очистку воды от нефти, помогут сберечь определенные количества нефти и сохранить чистым воздушный и водный бассейны.

Нефтепродукты образуют в воде гетерогенные системы и по своему фазово-дисперсному состоянию могут быть отнесены к I и II группе классификации загрязняющих веществ.

I группа веществ представляет собой нерастворимые грубодисперсные примеси с величиной частиц 10-2-10-4 см, образующие с водой суспензии, эмульсии или пены. Эти примеси обуславливают мутность воды, в некоторых случаях могут придавать ей цветность. Системы, образованные примесями этой группы, кинетически неустойчивы. Нерастворимые вещества удерживаются во взвешенном состоянии динамическими силами потока воды. В состоянии покоя для таких систем характерна седиментация взвешенных частиц. Она может протекать без слипания частиц или с их агрегацией в процессе осаждения.

II группа веществ объединяет гидрофильные и гидрофобные коллоидные примеси, а также высокомолекулярные вещества. Частицы коллоидной степени дисперсности имеют размеры 10-5-10-6 см. Характерная особенность примесей II группы - их способность образовывать с водой сравнительно устойчивые коллоидно-дисперсные системы с сильно развитой межфазной поверхностью, довольно интенсивным тепловым движением частиц и относительно высокой кинетической устойчивостью. При очистке воды от загрязнений такого рода основной задачей является разрушение коллоидной системы, обеспечение быстрой коагуляции дисперсных примесей и отделение их от дисперсионной среды.

III группа веществ включает растворенные в воде газы и органические соединения антропогенного происхождения. К ним относятся фенолы, спирты, альдегиды и другие органические вещества, попадающие в воду со стоками. Они придают воде разнообразные привкусы и запахи, а иногда и окраску. Некоторые вносимые со сточными водами примеси обладают токсичностью.

Взвешенные примеси подразделяются на твердые и жидкие и образуют с водой дисперсную систему. В зависимости от размера частиц дисперсные системы делят на три группы: 1) грубодисперсные системы с частицами размером более 0,1 мкм (суспензии и эмульсии); 2) коллоидные системы с частицами размером от 0,1 мкм - 1 нм; 3) истинные растворы, имеющие частицы, размеры которых соответствуют размерам отдельных молекул или ионов.

В зависимости от того, к каким типам относятся и какими свойствами обладают загрязнители, присутствующие в воде, выбирают наиболее оптимальный и эффективный способ их удаления.

Современные технологические схемы очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, включают комбинацию нескольких методов (как механических, так и физико-химических). Таким образом, достигается необходимая степень очистки сточных вод.

3. Этапы очистки производственных сточных вод

В основе всех существующих технологических систем очистки нефтесодержащих сточных вод заложены следующие группы методов:

· механические;

· физико-химические и электрохимические;

· биохимические.

Общепринятая схема включает три стадии очистки: 1) механическая - очистка от грубодисперсных примесей (твердых и жидких); 2) физико-химическая очистка от коллоидных частиц, обезвреживании сернисто-щелочных вод; 3) биологическая очистка от растворенных примесей. Кроме того, производится доочистка биологически очищенных сточных вод.

На некоторых зарубежных заводах для очистки от растворенных примесей используют сорбционный метод.

На рисунке представлены результаты исследования состояния нефтепродуктов в сточных водах и, соответственно, правильности выбора метода очистки этих вод.

Области эффективного применения различных методов очистки характеризуются различием состояния нефтепродуктов в сточных водах.

В процессе разработки технологической схемы очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, необходимо учитывать агрегативное состояние этих загрязнений в стоках.

Нефтепродукты в поверхностных сточных водах чаще всего находятся в трех основных состояниях:

· в молекулярно-растворенном, с крупностью частиц 10-5>d>10-7 м;

· эмульгированном, с крупностью частиц 10-3>d>10-5 м;

· дисперсном, с крупностью частиц d>10-3 м.

Загрязнения, содержащиеся в виде дисперсия способны осаждаться, а также выделяться в виде пленки на поверхности воды в процессе отстаивания.

Методы очистки производственных сточных вод, объединенные схемой, размещаются в определенном порядке по принципу: последовательность очистки - от простого к сложному. Сначала применяются методы для удаления примесей I группы, затем - II и т.д. При этом контролируется содержание в воде отдельно каждой группы примесей на всех стадиях очистки, так как предыдущая стадия должна обеспечивать качество воды, которое позволит использовать следующий метод очистки.

На первой стадии осуществляется удаление нефтепродуктов и механических примесей на нефтеловушках. Типовые нефтеловушки представляют собой горизонтальный прямоугольный отстойник. нефтеловушки предназначены для отстаивания грубодиспергированных нефтепродуктов. Типовые открытые нефтеловушки изготавливаются из сборных железобетонных конструкций. Применяются нефтеловушки пяти типов, различающихся пропускной способностью одной секции. Тяжелые смолообразные продукты выпадают в осадок. Всплывание нефти на поверхность воды происходит в отстойной камере. Нефть удаляется через нефтесборные трубы. Скорость движения воды в нефтеловушках изменяется в пределах 0,005-0,01 м/с. Для частичек нефти диаметром 80-100 мкм скорость всплывания равна 1-4 мм/с. Горизонтальные нефтеловушки имеют не менее 2-х секций. Ширина секций 2-3 м, глубина отстаиваемого слоя воды 1,2-1,5 м , продолжительность отстаивания не менее 2 часов. Остаточное содержание нефтепродуктов в воде составляет 100 мг/л.
После нефтеловушки сточные воды подаются на физико-химическую очистку от коллоидных нефтепродуктов при помощи процесса коагуляции.

Таким образом, выделяются следующие стадии очистки производственных сточных вод (ПСВ):

1. Нефтеловушка.

2. Коагулятор-осветлитель.

3. Аэротенк

4. Отстойник.

Третьей стадией очистки производственных сточных вод является биологическая очистка от растворенных примесей в аэротенках. Аэротенк представляет собой открытый бассейн, оборудованный устройствами для принудительной аэрации. Они бывают двух-, трех- и четырехкоридорные. Глубина аэротенков 2-5 м.

Для сточных вод предлагается использовать одноступенчатую схему очистки в аэротенке-вытеснителе.

В аэротенк-вытеснитель воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его. Теоретически режим потока поршневой без продольного перемешивания. На практике существует значительное продольное перемешивание. Повышенная концентрация загрязнений в начале сооружения обеспечивает увеличение скорости их окисления. Изменение состава воды по длине аэротенка затрудняет адаптацию ила и снижает его активность.

Концентрация активного ила в аэротенке составляет 2-3 г/л, расход воздуха 20-25 м3 на 1 м3 очищаемой воды.

После аэротенка иловая смесь подается в отстойник, где происходит отделение ила от воды. Большую часть ила возвращают в аэротенк, а избыток его отводится.

Из отстойника сточная вода подается в биологический пруд на доочистку.

Наиболее эффективным и широко распространенным методом для очистки от грубодисперсных взвешенных веществ является метод механического безреагентного разделения. Так как по условию задания производственные сточные воды содержат нефтепродукты с болей высокой концентрацией грубодисперсных частиц чем коллоидных (соответственно 150 мг/л и 100 мг/л), то на первом этапе целесообразно осуществить очистку путем отстаивания в нефтеловушках. Эти очистные установки позволяют удалить 96-98% грубодисперсных примесей. Также этот метод является более дешевым с экономической точки зрения, так как не требует использования реагентов и дополнительных установок для их приготовления.

При реагентном методе осветления и обесцвечивания воды проводят специальную обработку химическими веществами - коагулянтами (иногда с добавкой флокулянтов), которые обеспечивают более полное и быстрое осаждение взвешенных частиц, обуславливающих мутность и цветность воды.

Адгезия на гидроокисях алюминия или железа и на высокодисперсных материалах: 1) фильтрование коагулированной взвеси через зернистые загрузки для коагулированной взвеси после сооружения первой ступени с концентрацией не более 10-15 мг/л осуществляется на двухслойных и грубозернистых фильтрах с использованием флокулянтов для интенсификации процесса; 2) фильтрование с использованием явления контактной коагуляции на контактных осветлителях и фильтрах для взвесей с концентрацией до 150 мг/л с применением сернокислого алюминия или хлорного железа, полиакриламида и активной кремниевой кислоты; 3) обработка воды коагулянтами с последующим удалением взвесей осуществляется при помощи комплекса сооружений: установки для приготовления реагентов, смесители, камеры хлопьеобразования, электролизеры и осветлители.

Агрегация при помощи флокулянтов включает обработку воды коагулянтами с применением флокулянтов и последующим удалением агрегатов отстаиванием и фильтрованием (без ограничений по концентрации взвешенных веществ).

4. Характеристика различных методов очистки сточных вод от нефтепродуктов и их особенности

4.1 Механические методы очистки поверхностных сточных вод

Общим признаком данной группы методов очистки является то, что в их основе лежит гравитационная сепарация нефтепродуктов, взвесей и воды.

Механическая очистка является самым распространенным методом обработки воды, содержащей нефтепродукты и взвеси. В процессе механической очистки из сточных вод удаляются крупные загрязнения и крупнодисперсные примеси, находящиеся как в твердом, так и в жидком состоянии (в т. ч. нефтепродукты).

К сооружениям механической очистки следует отнести песколовки, нефтеловушки, отстойники, пруды накопители, гидроциклоны и центрифуги.

В процессе механической очистки из обрабатываемой воды удаляются загрязнения, имеющие крупность более 60 мкм.

Механическую очистку сточных вод от нефтепродуктов 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%. 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.

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.

Отстаивание. Типы отстойников.

Отстаивание - наиболее простой и часто применяемый способ выделения из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дне отстойника или всплывают на его поверхности.

Статические отстойники.

Нефтетранспортные предприятия (нефтебазы, нефтеперекачивающие станции) оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные стальные или железобетонные резервуары, которые могут работать в режиме резервуара-накопителя, резервуара-отстойника или буферного резервуара в зависимости от технологической схемы очистки сточных вод.

Исходя из технологического процесса, загрязненные воды нефтебаз и нефтеперекачивающих станций неравномерно поступают на очистные сооружения.

Для более равномерной подачи загрязненных вод на очистные сооружения служат буферные резервуары, которые оборудуют водораспределительными и нефтесборными устройствами, трубами для подачи и выпуска сточной воды и нефти, уровнемером, дыхательной аппаратурой и т.д. Так как нефть в воде находится в трех состояниях (легко-, трудноотделимая и растворенная), то попав в буферный резервуар, легко- и частично трудноотделимая нефть всплывает на поверхность воды. В этих резервуарах отделяют до 90-95% легко отделимых нефтей. Для этого в схему очистных сооружений устанавливают два и более буферных резервуара, которые работают периодически: заполнение, отстой, выкачка. Объем резервуара выбирают из расчета времени заполнения, выкачки и отстоя, причем время отстоя принимают от 6 до 24 ч. Таким образом, буферные резервуары (резервуары-отстойники) не только сглаживают неравномерность подачи сточных вод на очистные сооружения, но и значительно снижают концентрацию нефти в воде.

Перед откачкой отстоявшейся воды из резервуара сначала отводят всплывшую нефть и выпавший осадок, после чего откачивают осветленную воду.

Для удаления осадка на дне резервуара устраивают дренаж из перфорированных труб.

Динамические отстойники.

Отличительная особенность динамических отстойников заключается в отделении примеси, находящейся в воде, при движении жидкости.

В динамических отстойниках или отстойниках непрерывного действия жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и отстойники подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный (в плане) резервуар с коническим днищем для удобства сбора и откачки осаждающегося осадка. Движение воды в вертикальном отстойнике происходит снизу вверх (для осаждающихся частиц).

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар (в плане) высотой 1,5-4 м, шириной 3-6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне осадок специальными скребками передвигают к приямку, а из него гидроэлеватором, насосами или другими приспособлениями удаляют из отстойника. Всплывшие примеси выводят с помощью скребков и поперечных лотков, установленных на определенном уровне.

В зависимости от улавливаемого продукта горизонтальные отстойники делятся на песколовки, нефтеловушки, мазутоловки, бензоловки, жироловки и т.п.

Фильтрование. Характеристика различных типов фильтров.

После очистки сточных вод в отстойниках или после биологической очистки применяют фильтрование.

Процесс основан на прилипании грубодисперсных частиц нефти и нефтепродуктов к поверхности фильтрующего материала. Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на тканевые или сетчатые, каркасные или намывные, зернистые или мембранные.

Фильтрование через различные сетки и ткани обычно применяют для удаления грубо дисперсных частиц. Более глубокую очистку нефтесодержащей воды можно осуществлять на каркасных фильтрах. Пленочные фильтры очищают воду на молекулярном уровне.

Фильтровальные процессы на фильтрах можно разделить на три большие группы:

- фильтрование через пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические шлаки и др.);

- фильтрование через волокнистые и эластичные материалы, обладающие сорбционными свойствами и высокой нефтеемкостью (нетканые синтетические материалы, пенополиуретан и др.);

- фильтрование через пористые зернистые и волокнистые материалы для укрупнения эмульгированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие фильтры).

Два первых метода близки по основным технологическим принципам, лежащим в основе процесса изъятия нефтепродуктов из воды, и отличаются нефтеемкостью, регенерацией фильтрующей загрузки и конструктивным оформлением. По мере насыщения загрузки нефтепродуктами их фронт перемещается в глубь слоя к его нижней границе, и концентрация нефтепродуктов в фильтрате возрастает. При этом фильтр отключается и производится регенерация загрузочного материала. Имеются конструкции фильтров с непрерывной регенерацией загрузки.

Третий метод принципиально отличается от рассмотренных. Период фильтроцикла, характерный для первых двух методов, завершает этап «зарядки» коалесцирующего фильтра. После этого пленка нефтепродуктов отрывается от поверхности фильтрующего слоя в виде капель с диаметром несколько миллиметров. Капли быстро всплывают и легко отделяются от воды.

До недавнего времени в основном применяли каркасные фильтры с засыпкой из пористых материалов.

В качестве фильтрующего материала используют гравий, песок, дробленый антрацит, кварц, мрамор, керамическую крошку, хворост, древесный уголь, синтетические и полимерные материалы.

Фильтры разделяются по скорости движения воды в них на фильтры с постоянной и переменной скоростью.

При переменной скорости фильтрования (постоянной разности давления до и после фильтра) по мере увеличения объема фильтрата, т.е. продолжительности фильтрования, скорость фильтрования уменьшается.

При постоянной скорости фильтрования разность давления до и после фильтра увеличивается.

В нефтяной и нефтехимической промышленности обычно применяют фильтры с зернистой загрузкой, которые по скорости фильтрования делятся на медленные, скорые и сверхскоростные. Зернистую загрузку размещают в определенном порядке и во избежание выноса ее из фильтра применяют специальные дренажные системы и поддерживающие слои.

Фильтры с эластичной загрузкой.

Для очистки нефтесодержащих сточных вод разработана новая технология с использованием эластичных полимерных материалов, в частности, эластичного пенополиуретана. Этот материал имеет открытоячеистую структуру со средним размером пор 0,8-1,2 мм и кажущуюся плотность 25-60 кг/м3. Эластичный пенополиуретан характеризуется высокой пористостью, механической прочностью, химической стойкостью, гидрофобными свойствами, что обеспечивает значительную поглощающую способность по нефтепродуктам.

Технология работы фильтров следующая. Сточная вода по трубопроводу поступает в емкость фильтра, заполненную измельченным пенополиуретаном размером 15-20 мм. Пройдя через слой загрузки, сточные воды освобождаются от нефтепродуктов и механических примесей и через сетчатое днище отводятся по трубопроводу из установки. В процессе фильтрования загрузка насыщается нефтепродуктами и периодически цепным ковшовым элеватором подается на отжимные барабаны для регенерации. Отрегенерированная загрузка вновь поступает в емкость фильтра, а отжатые загрязнения по сборному желобу отводятся в разделочную емкость.

Такие фильтры целесообразно применять после предварительной очистки стоков в песколовках и нефтеловушках. Очищенную воду можно использовать в техническом водоснабжении промышленных предприятий.

Общим недостатком всех рассмотренных фильтров (кроме пенополиуретановых) является то, что в результате их регенерации образуются высокоэмульгированные и весьма стойкие эмульсии, существенно затрудняющие утилизацию выделенных нефтепродуктов.

Кроме вышеупомянутых фильтров, существуют и другие типы;

- открытые - вода, прошедшая через этот фильтр, должна быть прозрачной, а концентрация нефтепродуктов в ней не должна превышать 10- 15 мг/л;

- с плавающей загрузкой - в связи с высокой адгезионной способностью по отношению к нефтепродуктам их применяют и для разделения водонефтяных эмульсий;

- коалесцирующие - укрупнение мелких эмульгированных капель нефтепродуктов в более крупные.

4.2 Физико-химические методы очистки поверхностных стоков

В технологических схемах очистки поверхностных сточных вод широкое практическое применение нашли разделительные процессы, такие как: пенная сепарация (компрессионная, барботажная и импеллерная); сорбция; коагулирование; коалесцирующая сепарация; электрохимические процессы (электрокоагуляция и электрофлотация); мембранные процессы.

Физико-химические процессы очистки нефтесодержащих сточных вод являются наиболее эффективными. С их помощью возможно доведение качества очистки поверхностных сточных вод до концентраций загрязнений в них (сточных водах), удовлетворяющих требованиям, предъявляемым при сбросе в систему водостока или непосредственно в водоприемник.

Сорбция.

Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий нефтехимической промышленности.

В качестве сорбентов применяют различные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др.

Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок.

Пористость этих углей составляет 60-75%, а удельная площадь поверхности 400- 900 м2/г. В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа. Поры по своему размеру подразделяются на три вида: макропоры размером 0,1-2 мкм, переходные размером 0,004-0,1 мкм, микропоры - менее 0,004 мкм.

В зависимости от области применения метода сорбционной очистки, места расположения адсорберов в общем комплексе очистных сооружений, состава сточных вод, вида и крупности сорбента и др. назначают ту или иную схему сорбционной очистки и тип адсорбера. Так, перед сооружениями биологической очистки применяют насыпные фильтры с диаметром зерен сорбента 3 -5 мм. или адсорбер с псевдоожиженным слоем сорбента с диаметром зерен 0,5 - 1 мм. При глубокой очистке производственных сточных вод и возврате их в систему оборотного водоснабжения применяют аппараты с мешалкой и намывные фильтры скрупностью зерен сорбента 0,1 мм и менее.

Флотация.

Процесс очистки сточных вод, содержащих поверхностно активные вещества, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы методом флотации заключается в образовании комплексов частица-пузырек. Всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой воды. Процесс флотации широко применяют при очистке сточных вод. Принципиальное отличие способов флотации связано с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому признаку различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:

1. Флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные)

2. Флотация с механическим диспергированием воздуха (безнапорные и пневматические флотационные установки).

3. Флотация с подачей воздуха через пористые материалы.

4.Электрофлотация.

5.Биологическая и химическая флотация.

Различные способы флотации отличаются конструкцией установки способом разделения жидкой и вплывающей фаз.

Метод напорной флотации заключается в насыщении сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующим резким снижением давления до атмосферного, выделяемые при этом пузырьки флотируют частички загрязнения на поверхность воды.

При флотации с механическим диспергированием воздуха в воде, создается интенсивное вихревое движение под действием которого струя распадается на отдельные пузырьки.

Флотация безреагентная и с применением реагентов для удаления нефти и масла концентрацией 50-150 г/м3 осуществляется при помощи флотаторов (степень очистки - 95-99%).

Пневматические флотационные установки применяются при очистке сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные к механизмам: насосам, мешалкам и др. Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается простотой аппаратурного оформления процесса и малыми энергозатратами.



Схема процесса флотации с выделением воздуха из раствора

(вакуумной и напорной).

1 - подача сточной воды; 2 - аэратор; 3- деаэратор; 4 - флотационная камера; 5- механизм сгребания пены; 6 - пеносборник; 7,8 - отвод соответственно пены и отработанной сточной воды; 9 - подача воздуха; 10 - насос; 11 - напорный бак (сатуратор).

Сточная жидкость, поступающая на флотацию, предварительно насыщается воздухом в течение 1-2 минут в аэрационной камере, откуда она поступает в деаэратор для удаления не растворившегося воздуха. Далее под действием разрежения сточные воды поступают во флотационную камеру, в которой растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Продолжительность пребывания воды во флотационной камере 20 мин. а нагрузка на квадратный метр площади поверхности около 200 м 3/сут. Скапливающаяся пена вращяющимися скребками удаляется в пеносборник.

Для удаления из воды веществ II группы - коллоидных примесей применяют следующие методы.

1)Обработка воды хлором, озоном и другими окислителями при повышенном содержании в воде коллоидных и высокомолекулярных соединений, обуславливающих окисляемость и цветность воды.

2) Адсорбция на гидроокисях алюминия или железа, а также на высокодисперсных глинистых минералах:

- коагуляция в свободном объеме - обработка воды коагулянтами с последующим удалением взвеси при повышенном содержании коллоидных и высокомолекулярныхсоединении,такжеобработкаводы высокодисперсными замутнителями и коагулянтами при низкой температуре и малой мутности воды, при высокой загрязненности воды вирусами;

-контактная коагуляция для коллоидных и высокомолекулярных веществ, обуславливающих цветность воды при малой мутности воды.

3) Агрегация при помощи флокулянтов катионного типа для коллоидных и высокомолекулярных веществ.

Коагуляция.

В процессе коагуляционной очистки происходит удаление из воды коллоидно-дисперсных частиц диаметром менее 100 мкм и соосаждение растворенных в воде примесей.

В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием сил тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их.

В качестве коагулянтов применяют в основном соли алюминия и железа. В частности, предлагается использовать смеси солей трехвалентного железа FеС13+Fе2(SO4)3 в количестве 100 мг/л, приготовленные путем обработки отходов производства диоксида титана хлорной водой. С целью повышения эффективности очистки сточных вод совместно с коагулянтом целесообразно использовать различные высокомолекулярные анионные флокулянты: активную кремневую кислоту, полиакриламид, технический ПАА и др. Оптимальная доза ПАА для очистки промышленных сточных вод колеблется в пределах 0,4-1 г/м3.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой;

хлопьеобразование и осаждение хлопьев. В предлагаемой схеме стадии смешения, коагулирования и осаждения проводятся в одном аппарате -коагуляторе-осветлителе.

Сточная вода, смешанная с коагулянтом, поступает в воздухоотделитель коагулятора-осветлителя. Затем вода движется по центральной трубе к распределительным трубам, которые заканчиваются соплами для распределения и вращения в кольцевой зоне, куда вводят флокулянт. Хлопья коагулянта образуются в кольцевой зоне. Взвешенные частицы с хлопьями оседают на дно и их удаляют из аппарата. Осветленная вода через отверстие попадает в желоб, откуда ее направляют на дальнейшую очистку.

Остаточное содержание нефтепродуктов в воде не превышает 25 мг/л.

Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц; их концентрации и степени дисперсности; наличия в сточных водах электролитов и других примесей.

Количество коагулянта, необходимое для осуществления процесса коагуляции, зависит от вида коагулянта, расхода, состава, требуемой степени очистки сточных вод и определяется экспериментально.

Для обесцвечивания высококонцентрированных и интенсивно окрашенных вод расходы коагулянтов достигают 1-4 кг/м3; объем осадка, получающегося в результате коагуляции, достигает 10-20 % объема обрабатываемой сточной воды. Значительный расход коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработки и последующего складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемых сточных вод не позволяют в большинстве случаев рекомендовать коагуляцию как метод самостоятельной очистки. Коагуляционный метод очистки применяется в основном при небольших расходах сточных вод и при наличии дешевых коагулянтов.

На рисунке приведена схема электрокоагуляционной установки по очистке производственных сточных вод, содержащих нефтепродукты и взвешенные вещества в концентрации соответственно 0,3-7,5 и 0,5-8 г/л. При электрокоагуляции в резервуаре (электрокоагуляторе) через систему плоских стальных электродов, установленных на расстоянии 10 мм друг от друга, пропускается постоянный ток плотностью 0,6 А/дм2 под напряжением 10-18 В. При продолжительности контакта сточных вод в электрическом поле 15-30 с и пропускной способности 1,5-3 м3/на 1 м2 площади поверхности электродов одного полюса эффективность очистки достигает 99 %. Положительные результаты получены также при обработке сточных вод цеха гальванопокрытий, где расход электроэнергии на 1 м3 обрабатываемой сточной воды составляет 0,4-0,5 кВт-ч.

Электрокоагуляционная установка

1- подача сточных вод; 2- отстойник; 3 - резервуар-электрокоагулятор; 4 - пакет плоских листовых стальных электродов; 5 - выпуск обработанных сточных вод в систему оборотного водоснабжения;
6 - выпрямитель электрического тока; 7 - выпуск осадка.

4.3 Биохимический метод очистки нефтесодержащих сточных вод

Сточные воды, прошедшие механическую и физико-химическую очистку, содержат еще достаточно большое количество растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов, а также других органических загрязнений и не могут быть выпущены в водоем без дальнейшей очистки.

Биохимический метод является наиболее универсальным способом очистки сточных вод от органических загрязнений. Он основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Таким образом, биохимический метод очистки промышленных сточных вод основан на процессе биохимического окисления, т. е. разрушения органических веществ. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - H2O, CO2, NO3-, SO42- и др. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении.

Для правильного использования микроорганизмов при биологической очистке необходимо знать физиологию микроорганизмов, т.е. физиологию процесса питания, дыхания, роста и их развития.

Биохимическая очистка применяется, как правило, после сооружений механической и физико-химической очистки. Биохимические процессы (в т. ч. биосорбция) - это универсальный способ удаления из предварительно очищенных сточных вод растворенных органических веществ. Наиболее простыми и дешевыми сооружениями биохимической очистки поверхностных сточных вод в естественных условиях являются биологические пруды и биологические плато.

5. Проблема очистки сточных вод от поверхностно - активных веществ (ПАВ)

Еще одной экологической проблемой сегодняшнего дня являются сточные воды, образующиеся в процессе мойки автомобилей. Такие сточные воды содержат поверхностно-активные вещества - ПАВ, которые входят в состав всех моющих средств.

Несмотря на производство биоразлагаемых поверхностно-активных веществ, водоемы продолжают загрязняться этими веществами, причем это относится как к поверхностным, так и к подземным водам.

В исследованиях, выполненных многими авторами, показано существенное влияние этих веществ практически на все виды живых организмов, растений и человека. В животном организме даже незначительные концентрации ПАВ изменяют проницаемость мембран, оказывают влияние на кумуляцию различных веществ, в том числе токсических, изменяют токсичность последних. Заслуживает внимание также влияние ПАВ на обмен в организме аминокислот, глюкозы и других веществ.

Значительный ущерб эти вещества наносят открытым водоемам как сложившимся природным экологическим системам, нарушая в них процессы самоочищения, и как источникам хозяйственно-питьевого водоснабжения, ухудшая целый ряд санитарно-химических показателей. В силу высокой капиллярной проницаемости ПАВ ими интенсивно загрязняются и подземные водоносные горизонты.

Характерным признаком ПАВ является изменение качества воды по таким показателям, как пенообразование, запах, привкус, окисляемость и др.

Весьма существенным, специфичным для ПАВ является эмульгирование некоторых видов загрязнений, например, нефтепродуктов, которое существенно повышается даже при малых концентрациях ПАВ. Это является неблагоприятным фактором с точки зрения хозяйственно-питьевого водоснабжения, процессов самоочищения водоема.

Следует отметить способность ПАВ воздействовать на другие виды загрязнений сточных вод, повышая их агрегативную устойчивость и усложняя последующую очистку. При этом собственно ПАВ являются трудноудаляемыми компонентами.

Известно отрицательное влияние ПАВ и на неорганическую среду - интенсивная эрозия почв, повышение коррозии металлов, ускорение процессов старения железобетонных конструкций и т. д. В большинстве городов России установлена норма ПАВ в сточных водах, сбрасываемых в городскую водоотводящую сеть, на уровне ПДК водоема рыбохозяйственного назначения.

Широчайшее распространение этих веществ в производственных процессах и быту делает проблему очистки воды от ПАВ значимой и своевременной.

Обширная область применения ПАВ в производственных процессах обусловливает наличие этой группы загрязнений в самых различных категориях сточных вод. В общем случае, сточные воды, содержащие ПАВ, могут быть разделены на три категории по концентрации и составу сопутствующих загрязнений.

1. В большинстве случаев использование ПАВ связано с приготовлением моющих растворов высокой начальной концентрации. По мере снижения моющих свойств растворов и накоплением в них примесей эти растворы сбрасываются в системы водоотведения. Уже на этой стадии ПАВ начинают оказывать отрицательное воздействие на комплекс соединений, входящих в сточные воды, стабилизируя агрегативную устойчивость системы. Концентрация ПАВ в таких водах может достигать сотен и тысяч граммов на кубический метр. Это характерно для всех водоемких производств предприятий легкой промышленности, коммунально-бытового обслуживания и др.

2. Многие производственные процессы включают использование ПАВ в качестве эмульгаторов, смачивателей, собирателей, стабилизаторов, которые также переходят в сточные воды, однако в концентрациях, сопоставимых с другими загрязнениями. Концентрация ПАВ в таких сточных водах изменяется в пределах от десятков до сотен граммов на кубический метр. Эти категории сточных вод присутствуют практически во всех промышленных отраслях, использующих воду.

3. Широкое использование ПАВ в препаратах бытового назначения и стиральных порошков обусловливает тенденцию резкого возрастания количеств этих веществ в хозяйственно-бытовых сточных водах. Причем, концентрации ПАВ в этих водах приближаются ко второй группе производственных сточных вод. Разработан ряд технологических схем и конструкций оборудования для очистки воды от ПАВ с использованием химических, физико-химических, биохимических и других процессов. Большой объем работ выполнен по разработке и интенсификации методов флотации, сорбции, коагулирования, деструкции различными окислителями, экстракции, ионного обмена и мембранной технологии, комплекса методов электрохимической очистки сточных вод. Однако, необходимость очистки сточных вод от ПАВ до уровня ПДК водоема рыбохозяйственного назначения возникла в последнее время.

Существующие процессы очистки воды, сооружения и аппараты, как правило, не отвечают условиям, обеспечивающим эффективное и экономичное решение этой проблемы. В зарубежной практике очистки сточных вод также отсутствует единство концепций защиты природных вод от ПАВ.

Основываясь на тенденциях ужесточения норм ПДК для сброса сточных вод в системы водоотведения населенных пунктов и поверхностные водоемы, возникает задача максимального сокращения сброса ПАВ со сточными водами и существенного повышения степени очистки воды от этих веществ.

Решение проблемы возможно при комплексном подходе, основанном на развитии двух направлений научно-исследовательских, проектно-конструкторских и производственных работ:

· разработка рациональных систем водопользования в производственных (моечных) процессах, использующих ПАВ;

· разработка высокоэффективных технологий и оборудования по извлечению ПАВ из сточных вод.

Первое направление предполагает разработку процессов и аппаратов для селективной очистки сточных вод, содержащих ПАВ, от мешающих примесей и возврат их в производство в качестве технологических растворов ПАВ. Селективной очисткой достигается значительное сокращение сброса ПАВ в систему водоотведения, а также экономия этих реагентов и воды в основном производстве.

Вторым направлением предусматривается разработка процессов и аппаратов для глубокой очистки сточных вод от ПАВ, обеспечивающих качество очищенных вод, удовлетворяющее требованиям ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения.

Известные методы очистки промышленных сточных вод условно делятся на две основные группы: деструктивные и разделительные. Имеющейся в настоящее время "палитры" методов достаточно для решения большинства практических задач очистки сточных вод. Однако, техническая реализация этих методов путем оснащения предприятий сооружениями или установками индивидуального изготовления в масштабе России представляется мало реальной.

При всем многообразии условий образования сточных вод, их количеств и составов может быть выработан общий подход к решению проблемы сокращения сброса ПАВ, к изучению и разработке эффективных процессов и аппаратов для реализации в малых установках и крупных очистных комплексах России.

Это позволит надежно решить проблему очистки сточных вод населенных мест и предприятий с малым и средним объемом водопотребления, а также осуществить локальные водообороты для крупных потребителей воды.

Заключительная часть

Несмотря на существование множества различных методов очистки поверхностных и сточных вод, это дает лишь временное решение местных задач охраны водных ресурсов от загрязнеий. Кардинальные пути защиты от загрязнения и разрушения водных и сопряженных с ними территориальных природных комплексов заключается в уменьшении или даже полном прекращении сброса в водоемы отработанных, в том числе и очищенных сточных вод. Эти задачи можно решить лишь путем совершенствования технологических процессов.

Постепенно на все большем числе предприятий должен внедряться замкнутый цикл водообеспечения. В этом случае отработанные воды будут проходить лишь частичную очистку, после которой они снова могут быть использованы в ряде отраслей промышленности.

Очистные сооружения не должны сбрасывать отработанные воды в водоемы, а должны стать одним из технологических звеньев цепи замкнутого водообеспечения.

Одной из важных проблем является защита населения в пунктах водопользования от неблагоприятного влияния поступающих в водоём загрязнителей. Для решения этой задачи необходимо знать характер и интенсивность возможного вредного влияния загрязнений при тех или иных их концентрациях и особенно предел допустимых концентраций (ПДК) загрязнений водоёмов. Последний не должен превышаться, чтобы не нарушить нормальные условия культурно-бытового водопользования и не нанести ущерб здоровью населения.

Осуществление программы улучшения санитарного состояния водоёмов предполагает, с одной стороны, максимальное использование достижений научно технического прогресса, а с другой - своевременное изучение новых источников вредных явлений, степени их опасности и обязательно уровня безвредности. Такое предвидение стало возможным благодаря использованию экспериментальных методов исследования, которые позволяют проводить наблюдения и моделировать природные условия в чётко контролируемых условиях.

Экспериментальные исследования позволяют предвидеть возможную степень вредности содержащихся в сточных водах химических ингредиентов и подойти к научному обоснованию предельно допустимой концентрации вредных веществ в воде водоёмов.

Прогресс техники, тщательный учет местных гидрологических, физико- и экономико-географических условий при планировании и формировании территориально-производственых комплексов позволяет в перспективе обеспечить количественное и качественное сохранение всех звеньев круговорота пресной воды, превратить ресурсы пресных вод в неисчерпаемые.

Список использованной литературы

1. Торошечников М.С., Радионов А.И., Кельцев Н.В. и др. Техника защиты окружающей среды: Учеб. пособие для вузов. - М.: Химия, 1981. - 368с.

2. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. - Л.: Химия, 1977. - 464с.

3. Карелин Я.А., Попова И.А., Евсеева Л.А. и др. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов - М.: Стройиздат, 1982.

4. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов - М.: Недра, 1987.

5.Захаров С.Л. Очистка сточных вод нефтебаз // Экология и промышленность России. - 2002. - январь С. 35-37.

6. Крылов И.О., Ануфриева С.И., Исаев В.И. Установка доочистки сточных и ливневых вод от нефтепродуктов // Экология и промышленность России. - 2002. - июнь

7. Минаков В.В., Кривенко С.М., Никитина Т.О. Новые технологии очистки от нефтяных загрязнений // Экология и промышленность России. - 2002. - май

Размещено на Allbest.ru