Очистка сточных вод от нефтепродуктов

Влияние нефтепродуктов на водные объекты

Нефть, попадая в водоем, затягивает водные пространства плотным слоем, не допуская проникновение кислорода воздуха в объем акватории.

Она содержит в своем составе токсичные компоненты, оказывающие разрушительное воздействие уже в небольших концентрациях. В результате чего, гидробионты затормаживают свое нормальное существование, прекращается их размножение. Для человека опасно содержание нефти в питьевой воде.

Нефтепродукты в производственных сбросах представлены разнообразными составляющими:

• в виде плавающей пленки
• в эмульсионном виде
• растворенными формами

Изъятие каждой из выше перечисленных групп из сточных вод происходит определенным методом, а наибольший эффект очистки достигается их совокупностью. Чтобы подобрать оптимальное технологическое оборудование необходим тщательный анализ конкретного стока.

Важное значение имеют:

• расход очищаемой жидкости
• исходное содержание нефтепродуктов
• нормативы очистки

Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов

Рассмотрим вкратце основные способы удаления нефтезагрязнителей из стоков. Все способы являются классическими и включают в себя несколько стадий.

Механическая очистка от нефтепродуктов применяется в совокупности с другими методами, кроме случаев, когда очищенный сток может быть пригодным в технических целях. Основными методами механической очистки являются:

• Отстаивание
• Центрефугирование
• Фильтрация

Применение перечисленных выше способов позволяет удалить до 65% твердых нефтепродуктов.

Принцип отстаивания основан на том, что частицы с плотностью выше, чем у воды, опускаются вниз, а с меньшей – всплывают наверх. Оборудование, с помощью которого происходит отстаивание – это песколовки, мазутоловки, бензоловки. Отстойники могут быть статические и динамические. Отличие заключается в том, что в статическом отстойнике очистка происходит при спокойном состоянии стоков, а в динамическом – в движущемся потоке.

При применении гидроциклонов, основанных на действии принципа центробежного ускорения, твердые частицы нефтепродуктов оседают, а очищенная вода направляется в отводную трубу. КПД данного метода обычно составляет до 70%.

При фильтрации удаляются вязкие мелкие частицы нефти. Применяются пористые, зернистые материалы, которые удерживают частицы углеводородной органики. Оборудование механической фильтрации обычно представляет собой вращающийся барабан с фильтрующей тканью. Сточные воды направляются внутрь, проходят сквозь фильтр и поступают на следующий этап очистки. Также существуют каркасные фильтры, где в качестве загрузки используют речной песок, антрацитный уголь, керамзитовые шарики разного размера, пенополистирол. 

Физико-химические методы основаны на переходе нефтесодержащих веществ в удобные состояния для их извлечения. Самыми распространенными методами являются:

• Флотация
• Сорбция
• Коагуляция

При флотации взвешенные коллоидные частицы нефтепродуктов прилипают к искусственно созданным воздушным пузырькам. Пузырьки всплывают на поверхность воды и удаляются. Существует несколько способов создания пузырьков – вакуумная флотация, напорная флотация, создание пузырьков с помощью пористых материалов, электрофлотация. Данный метод позволяет произвести очистку до 98%. Про флотацию мы подробнее расскажем дальше.

Сорбция подразумевает поглощение специальным сорбентом, помещенным в фильтр,  растворенных в стоках соединений, содержащих нефть. Сорбентом являются пористые вещества, например, торф, коксовый уголь, силикатные глины, активированный уголь

Коагуляция  - метод очистки, при котором под действием химических реагентов – коагулянтов – слипаются мелкие частицы органических примесей в крупные хлопья, которые в дальнейшем фильтруются или отстаиваются. В качестве коагулянтов широкое распространение получили соли железа и алюминия.

Химические методы основаны на способности некоторых химических веществ и соединений вступать в реакцию с нефтепродуктами с их дальнейшим распадом на нейтральные составляющие. Обычно продукты распада выпадают в осадок и убираются с помощью механического способа очистки. Главными веществами, применяемыми при химическом способе очистки сточных вод от нефтепродуктов, являются:

• Кислород и озон
• Хлор, хлорная известь, аммиачные растворы
• Соли калия, натрия

Биологические методы основаны на применении бактерий, перерабатывающих органические вещества на безвредные элементы. Применяют естественные (биологические пруды, поля фильтрации, поля орошения) или искусственно созданные фильтры.  Искусственный биофильтр – это резервуар с фильтрующим материалом (щебень, керамзит и т.д.), на поверхности которого живут микроорганизмы. Этот метод будет рассмотрен далее.

В заключение приведем сравнительную таблицу эффективности разных методов очистки.

Локальная очистка сточных вод от нефтепродуктов

Основную массу нефтезагрязнителей в сточные воды превносят транспортные средства, нефтеперерабатывающие и машиностроительные заводы, производства химизделий. Поскольку образование на них нефтепродуктов и их сброс в стоки доходит до высоких значений, то на таких предприятиях обязательна установка дополнительной предочистки – локальных очистных сооружений типа нефтеловушек. Оптимальные габариты таких конструкций просчитываются исходя из концентраций н/п в сточных водах и их расчетных расходов. Также необходимо учитывать источник образования данных загрязнителей, ведь, к примеру, ливневые воды характеризуются слабыми концентрациями загрязняющих веществ, но большими объемами, а талые, наоборот, - высоким содержанием примесей, но малыми производительностями.

Работа нефтеуловителей происходит по принципу осаждения крупных включений на дно резервуара и всплытия легких фракций на поверхность воды.

Такие отстойники специального назначения  подразделяются на статические и динамические. Установки первого вида выполняют роль накопительной емкости, где период выдержки обрабатываемой жидкости может достигать одних суток. У подвижного типа отстойников старые порции воды постепенно сменяются новыми и примеси по мере движения жидкости отделяются от нее.

Обычно динамический осветлитель представляет собой емкость, разделенную перегородками на несколько секций. Одна секция служит для удаления тяжелых примесей, а другая - для легкой нефтегрязи.

Для получения хорошего результата работы такого рода сооружений время пребывание в них жидкости должно составлять до 2 и более часов, что влияет на площадь, занимаемую установкой.

Поэтому в настоящее время распространение получили  осветлители с тонкослойными блоками, которые состоят из расположенных под определенным углом (50-60⁰) пластин. Установка блока позволяет создать ламинарный режим движения и равномерное распределение потока по всей длине резервуара. Кроме того, выбирается специальный материал пластин, позволяющий частицам нефтепродуктов прилипать к его поверхности, а воде отталкиваться от него. Постепенно частицы нефти соединяются между собой на пластинах, укрупняются, отделяются от них и поднимаются на поверхность воды, где их уже легко изъять и выгрузить в нефтесборник.

Процесс всплытия идет гораздо быстрее, чем в отстойниках обычной конструкции. В результате чего объем очистной установки снижается, сокращается площадка под очистку.

На этом предварительном этапе удаляются неэмульгированные нефтяные примеси.

Сооружения для изъятия нефти из очищаемой воды в виде эмульсий

Нефтяные эмульсии с водой образуются зачастую из-за присутствия синтетических поверхностно-активных веществ. СПАВ изменяют структуру воды, снижая ее поверхностное натяжение. На поверхность воды адсорбируются ПАВ, в ходе чего образуется заряд, который притягивает частицы нефти.

Удалить такие соединения только лишь отстаиванием очень проблематично. Наибольший эффект дает ввод специальных реагентов перед осаждением, в результате которого происходит нарушение устойчивой структуры эмульсий.

Также дестабилизация эмульгированной смеси происходит за счет присоединения частичек загрязняющих веществ к поднимающимся вверх пузырькам воздуха во флотационной установке.

Кроме того, флотация требует гораздо меньше времени для изъятия загрязнений, по сравнению с реагентной обработкой и отстаиванием, что способствует значительному снижению производственных объемов.

Существуют несколько вариантов организации работы флотационных установок: напорный, импеллерный, вакуумный. Эффективность очистки в них стоков с одним и тем же составом может сильно разниться.

Повышенное содержание в сточных водах эмульгированных фракций требует создания очень мелких пузырьков воздуха и обязательную реагентную обработку коагулянтом. Крупные примеси могут удаляться и без добавления реагента в присутствии более значительных пузырей воздуха.

Таким образом, при высоком содержании гидрофобных загрязнителей для удаления их из жидкости необходимо создание интенсивного вихревого потока, при котором струя разделяется на многочисленные пузырьки. Такое движение создается на импеллерных флотационных установках, где основным рабочим элементом является импеллер. Изменяя скорость его вращения можно создавать газовую смесь различной крупности. Однако при наличии большой турбулентности, обусловленной высокими скоростями вращения возможен распад образовавшихся агрегатированных частиц, поэтому зачастую эффективность очистки на таких установках небольшая. Вакуумная флотация также применяется довольно редко, т.к. характеризуется недостаточным уровнем насыщения очищаемой воды воздухом.

Поэтому для достижения технической и экономической целесообразности режима изъятия нефтесодержащих примесей рекомендована организация напорной флотации в две ступени.

Данная установка состоит из:

• резервуара для обогащения воды воздухом – сатуратора
• емкости, в которой при сбросе давления до атмосферного, выделяются воздушные агрегаты – флотационная камера (ФК)
• эжектора – служит для организации подачи воздуха во ФК
• трубчатого смесителя, в нем очищаемая жидкость смешивается с рабочими растворами реагентов
• реагентное хозяйство – используются коагулянты и флокулянты

Загрязненные стоки направляются во флотационную емкость, куда также идет подача рециркулируемой массы воды, насыщенной воздухом. Нефтепродукты, присутствующие во всем объеме стоков, при столкновении с пузырьками, агрегируют на их поверхности и всплывают вверх. Далее скребковым механизмом выводятся в емкость-шламосборник.

Очистка стоков от нефтепродуктов в растворенной форме

После флотационной обработки для доочистки от растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов применяются биологические методы – аэротенки I и II ступеней.

На первой ступени сложные углеводороды нефти при биоочистки превращаются в спирты, альдегиды, кислоты. А на второй – они перерабатываются до простых веществ – углекислоты и воды. Часть расходуется на образование новых клеток активного ила.

Аэротенки, разработанные ООО «НПО «Агростройсервис», представляют собой цилиндрические вертикальные емкости. В них размещено специальное оборудование, обеспечивающее биоразложение соединений нефти. Непрерывное развитие активной иммобилизованной биомассы микроорганизмов ила, адаптированной к переработке высокомолекулярных сложных углеводородов, протекает на технологической загрузке. Отстойные зоны блоков оборудованы тонкослойными модулями и эрлифтами, обеспечивающими рециркуляцию активного ила – взвешенной формы.

Наличие биологически прикрепленной и взвешенной активной биомассы создает условия для эффективного и устойчивого процесса удаления нефтепродуктов из сточных сливов. Установленные в аэробной зоне микропористые полимерные аэраторы насыщают иловую смесь в этой зоне растворенным кислородом и обеспечивают эффективное перемешивание активного ила и сточных вод с непрерывной рециркуляцией иловой смеси в кассетах с затопленной технологической загрузкой.

На биологии эффективно удаляются нефтепродукты в концентрациях, не превышающих ориентировочно 15,0 мг/дм3, при этом очистка осуществляется на 70%.