Универсальная технология очистки сточных вод от нефтепродуктов

Д. В. Павлов, канд. техн. наук, координатор проекта Технопарка РХТУ

С. О. Вараксин, канд. техн. наук, директор Технопарка РХТУ

В. А. Колесников, д-р техн. наук, проф., ректор РХТУ

Р. Н. Васильев, генеральный директор ЗАО «Стройтехпроект»

Одними из наиболее существенных загрязнений водных ресурсов являются нефть и нефтепродукты. Источниками загрязнения водных объектов нефтепродуктами являются нефтепроводы, нефтеперерабатывающие установки, нефтебазы, перекачивающие станции и наливные пункты, предприятия морского, автомобильного и железнодорожного транспорта. Серьезную опасность представляют органические вещества, широко применяющиеся в гальваническом производстве. Это, в первую очередь, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и ароматические углеводороды.

По природе возникновения и накопления органические загрязнения условно разделяются на технологические и эксплуатационные. Технологические загрязнения попадают на поверхность изделий в процессе их изготовления: органические кислоты, смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), полировальные пасты, консервационные смазки и др. Эксплуатационные – в процессе эксплуатации технологического оборудования.

В процессе эксплуатации оборудования на деталях возникают масляные и смолистые загрязнения, нагары, очистка от которых необходима во время ремонта и профилактического ухода. При термической обработке на детали изделий попадают масло и глицерин, а при хранении на складах – консервационные смазки. К эксплуатационным загрязнениям относятся также органоминеральные, асфальто-смолистые загрязнения, нагар, накипь, продукты коррозии и другие вещества, контактирующие с изделием во время его использования и транспортировки.

Органические загрязнения с трудом поддаются разложению, замедляя в то же время биологические процессы в водоемах, имеющие решающее значение для самоочищения поверхностных вод.

Влияние нефтепродуктов, масел, жиров и ПАВ на процессы очистки сточных вод заключается в снижении эффективности отстаивания (уменьшении скорости оседания взвешенных веществ), торможении биохимических процессов в сооружениях биохимической очистки, в интенсивном пенообразовании. Попадая в водные объекты, эти вещества изменяют органолептические свойства воды (вкус, цвет, запах), затрудняя ее использование для питьевых и хозяйственных целей. Нефтепродукты и ПАВ образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газовому обмену между водой и атмосферой, снижая степень насыщения воды кислородом, что приводит к нарушению экосистемы в водоемах [1, 2].

Применяемые в настоящее время методы обезвреживания стоков транспортных предприятий не обеспечивают достижение необходимой степени очистки и/или характеризуются сложными технологическими схемами. Наиболее перспективным представляется использование флотационных и мембранных методов, которые имеют ряд преимуществ: упрощение технологической схемы, простоту автоматизации, сокращение производственных площадей, уменьшение количества образующихся осадков. Электрофлотационный метод является перспективным направлением в технологии очистки сточных вод, т. к. позволяет корректировать физико-химические свойства обрабатываемой воды, извлекать взвешенные вещества и эмульсии, является экологически чистым, исключающим вторичное загрязнение воды [3–5].

Для транспортных предприятий, автозаправочных станций, моек различных видов производственного оборудования, автотранспорта и подвижного состава, сточные воды которых содержат нефтепродукты, отнесенные к классу особо опасных и жестко регламентируемых нормативами предельно-допустимых концентраций (ПДК), специалистами Технопарка РХТУ им. Д. И. Менделеева разработаны и запущены в производство модульные установки очистки воды (МУОВ). Преимущества данных установок – компактность, надежность в эксплуатации, простота монтажа, обслуживания и автоматизации, минимальные эксплуатационные затраты.

Рисунок 1(подробнее)   Технологическая схема очистки сточных вод от нефтепродуктов Р – реактор-коагулятор; Е – накопительные емкости и усреднители; Н – насосы; Д/НД – установка приготовления и дозирования реагентов; ЭФ – электрофлотатор; Ф1-Ф2 – фильтры

Технологическая схема очистки сточных вод от нефтепродуктов с применением комбинирования электрофлотации, фильтрации и сорбции представлена на рис. 1. Основные технико-экономические преимущества ОС, построенных по данной схеме:

• отсутствие эксплуатационных затрат на замену растворимых электродов, в отличие от электрокоагуляторов, и, соответственно, отсутствие вторичного загрязнения воды и твердых отходов ионами железа и/или алюминия;
• отсутствие отстойников и, следовательно, малые занимаемые площади;
• длительный срок службы конструкционных материалов: полипропилен до 50 лет, нерастворимые электроды до 10 лет;
• высокое качество очистки сточных вод (табл. 1), в том числе от органических добавок (добавки к СОЖ, ПАВ) и, следовательно, снижение эксплуатационных затрат на приобретение сменной загрузки сорбционных фильтров (срок службы сорбента не менее года) при доочистке воды до ПДК РХ либо сброса на рельеф.

Согласно технологической схеме, сточные воды поступают в реактор-коагулятор Р1 с целью их усреднения и обработки коагулянтом. В присутствии коагулянта наблюдается повышение агрегативной устойчивости водно-масляной эмульсии. Поэтому следует критически подходить к известной практике улучшения технологических параметров электрофлотации путем добавления неорганических коагулирующих компонентов, таких как сульфат алюминия или хлорид железа. Приготовление и подача раствора коагулянта осуществляется при помощи установки приготовления и дозирования растворов Д1/НД1. Перемешивание жидкости в реакторе Р1 осуществляется при помощи лопастной мешалки.

Из реактора-коагулятора Р1 прошедшие обработку сточные воды самотеком поступают в электрофлотатор ЭФ, в котором происходит извлечение не менее 96 % взвешенных веществ и не менее 90 % эмульсий [3]: нефтепродуктов, индустриальных масел, моторных топлив.

Основным оборудованием ОС является электрофлотатор с нерастворимыми электродами. В электрофлотаторе происходит выделение микропузырьков электролитических газов дисперсностью 20–70 мкм. Микропузырьки захватывают хлопья дисперсной фазы и поднимают их на поверхность сточной воды, где последние накапливаются в пенном слое флотоконцентрата. Флотоконцентрат удаляется с поверхности воды автоматическим скиммером в гравитационный фильтр Е3. Твердый отход влажностью не более 85 % с поверхности гравитационного фильтра сдается на утилизацию предприятиям по переработке твердых отходов. Фильтрат подается дренажным насосом Н4 в голову очистных сооружений на доочистку.

Осветленная вода из электрофлотатора самотеком поступает в Е1, откуда насосом Н1 подается на механический фильтр 5–20 мкм. Фильтр Ф1 периодически промывается обратным током со сбросом загрязнений в реактор Р1.

Очищенная на 96–98 % от взвешенных веществ и не менее 90 % от нефтепродуктов вода из фильтра Ф1 под остаточным давлением поступает в накопительную емкость Е2. Из Е2 не более 80 % очищенной воды, соответствующей нормам технической воды, согласно СанПиН 2.1.5.980, может быть возвращено на повторное использование для технических нужд транспортного предприятия, мойки узлов и агрегатов и др., обеспечив, таким образом, сокращение водопотребления и, соответственно, водоотведения.

Не менее 20 % очищенной воды из Е2 поступает на сорбционный фильтр Ф2 с загрузкой активированного угля марки ДАК или БАУ. Данный технологический прием обеспечивает решение двух важных задач: сброса излишков очищенной воды во избежание засоления системы очистки сточных вод и доочистку воды от следовых концентраций нефтепродуктов до требований ПДК (0,05 мг/л) по сбросу в водоемы рыбохозяйственного назначения либо сброса на рельеф местности.

На рис. 2. представлена система очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ номинальной производительностью 5 м³/ч. Система включает в себя электрофлотатор с нерастворимыми электродами, установку приготовления и дозирования реагентов УПДР, кварцево-сорбционный фильтр тонкой очистки воды, вспомогательное оборудование.

Рисунок 2. Очистные сооружения вагоноремонтного депо производительностью 5 м3/ч, Воронеж

В табл. 1 представлены среднестатистические данные по очистке сточных вод предприятий по мойке и ремонту морского, автомобильного и железнодорожного транспорта, ливневых сточных вод нефтебаз, полученные обобщением показателей эксплуатируемых на территории РФ очистных сооружений, спроектированных и построенных специалистами РХТУ им. Д. И. Менделеева на основе комбинирования электрофлотации (ЭФ), фильтрации (МФ) и сорбции (СФ).

Данные табл. 1 свидетельствуют о получении очищенной воды высокого качества как для повторного использования в технических целях, так и для сброса в соответствии с жесткими требованиями ПДК.

Представленная в статье универсальная технология успешно реализована на ОС промышленных и транспортных предприятий Москвы, Воронежа и города Ливны. Очистные сооружения обеспечивают глубокую очистку сточных вод от взвешенных до уровня 0,1 мг/л, нефтепродуктов до 0,05 мг/л. Внедрение представленной технологии повышает рентабельность эксплуатации ОС и создает возможность организации оборотного водоснабжения транспортных предприятий.

Кроме того, за счет модульности исполнения очистных сооружений можно увеличивать производительность ОС в случае расширения производственных мощностей предприятия без замены существующего оборудования.

Литература

• Колесников В. А., Капустин Ю. И. и др. / Под ред. В. А. Колесникова. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий. М., 2007.
• Водоочистка. Берне Ф., Кордонье Ж. / Пер. с франц.; Под ред. Е. И. Хабаровой и И. А. Роздина. М., 1997.
• Матвеева Е. В. Разработка электрофлотационной технологии очистки сточных вод транспортных предприятий от нефтепродуктов: Автореферат. М., 2006.
• Chen G. Electrochemical technologies in wastewater treatment // Separation and Purification Technology. 2004. № 38. P.11–41.
• Проскуряков В. А., Смирнов О. В. Очистка нефтепродуктов и нефтесодержащих вод электрообработкой. СПб., 1992.
• ОНТП-01–91. Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий для автомобильного транспорта.
• СанПиН 2.1.5.980–00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод.