Основные способы очистки сточной воды от нефтепродуктов

Как производится механическое обезвоживание осадка?

Ни одна из технологий механической очистки не обходится без образования осадка – отходов различного состава с разной степенью влажности. Обезвоживание шлама на иловых площадках может оказаться невозможным – способ требует свободных земельных площадей.

Чтобы уменьшить массу и трансформировать шлам в продукт, менее опасный для окружающей среды, проводится обезвоживание – удаление из пор осадка оставшейся жидкости.

В составе шлама содержатся различные химические соединения, влияющие на водоотдачу:

1. Оксиды металлов, кислоты и щелочи интенсифицируют процесс обезвоживания, способствуют сокращению расхода реагентов в случае применения коагуляции.
2. Соединения азота, масла, жиры, различные волокна – неблагоприятные примеси. Они окружают частицы осадка, снижая качество уплотнения и увеличивая концентрацию органики, что отрицательно влияет на водоотдачу осадка.

Осадок без должной обработки способен нанести вред почве, грунтовым водам и поверхностным водоемам. Кроме того, снижение показателя влажности облегчает транспортировку отхода к местам утилизации.

Механическое обезвоживание осадков производится экстенсивными и интенсивными способами. Первые – с помощью уплотнителей, вторые – с применением фильтров, центрифуг, гидроциклонов.

Кондиционирование

У осадка обычно низкий показатель водоотдачи, что затрудняет применение интенсивного обезвоживания.

Поэтому предварительно прибегают к технологии коагуляции –  изменению структуры осадка, чтобы из-за укрупнения загрязняющих частиц уменьшились поверхности раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды.

В результате поверхностная энергия связи воды и нерастворимых примесей снижается, затем происходит количественное перераспределение форм связи влаги – содержание свободной воды увеличивается за счет уменьшения доли связанной.

Этот процесс подготовки шлама к более эффективному и быстрому обезвоживанию называется кондиционированием.

Фильтрование

Для обезвоживания шлама фильтрованием применяются вакуум-фильтры и фильтр-прессы. В качестве фильтрующей среды – фильтровальная ткань.

Через фильтр-прессы выходит осадок с меньшей влажностью, но производительность таких устройств уступает вакуум-фильтрам. Фильтр-прессы особенно эффективны, если обезвоженный осадок затем направляется на термосушку или сжигание.

Центрифугирование

Принцип действия центрифуг – разделение неоднородных фаз центробежными силами.

К сооружениям для центрифугирования относятся устройства следующих видов:

• осадительными и фильтрующими;
• периодического и непрерывного действия.

Для механического обезвоживания шлама СВ чаще применяют горизонтальные центрифуги. Как правило, они оснащаются шнековым устройством выгрузки осадка.

Принцип работы аппарата:

1. Осадок поступает в центрифугу по трубе 1 шнека 2, затем через отверстие 3 поступает в приемную камеру ротора 4. Шнек и ротор запускаются электродвигателя.
2. Крупные включения центробежной силой прижимаются к полости ротора, затем выгружаются в разгрузочный бункер 7.
3. Вытесненная жидкость через сливные отверстия 5 вытекает в трубу слива 6.

Шнек и ротор вращаются в одном направлении, но шнек немного отстает, в результате чего осадок и перемещается по стенкам ротора к бункеру разгрузки 7.

Анализ методов

Преимущества:

1. Вакуумные фильтры не требуют энергозатрат на дополнительную термосушку. При обработке не отделяется песок, отсутствует запах.
2. Камерные рамные фильтр-прессы обеспечивают высокую степень обезвоживания.
3. Ленточные фильтр-прессы просто устроены, экономно расходуют электроэнергию, не требуют предварительной очистки шлама от песка и крупных частиц.
4. Центрифуги качественно удаляют жидкость без использования реагентов.

Недостатки:

1. Вакуум-фильтрация требует дополнительного оборудования для обслуживания, частой замены расходных фильтровальных материалов.
2. Камерные и рамные фильтр-прессы, несмотря на качество обработки, имеют низкую производительность. Кроме того, требуют большого количества реагентов и фильтровальных материалов (в отношении последних – связи с быстрым износом).
3. У ленточного фильтр-пресса внушительные габариты, к примеру, значительно превосходящие размер стандартной центрифуги. При обезвоживании возникает неприятный запах. Осадок после обработки требует дополнительной термосушки.
4. Обезвоживание на центрифугах проводится после предварительного удаления крупных примесей и песка. Дополнительные расходы на термосушку, на замену шнеков.

Химическая очистка

Методика основана на добавлении специального реагента, который вызывает окислительную реакцию. Примеси выпадают на дно в виде осадка.

Хлорирование

Очистка и обеззараживание производится хлором и образованными соединениями. При этом удаляются органические и неорганические элементы.

Озонирование

Озон обладает высокими окислительными свойствами. Благодаря им жидкость не только очищается от вредных компонентов, но и обесцвечивается, дезодорируется и насыщается кислородом. При этом полностью исключено образование продуктов распада, а содержание солей остается неизменным.

Определение метода от нефтепродуктов

На предприятиях промышленности метод очистки сточных вод определяется в зависимости от вида нефтехимических примесей. Компании по транспортировки нефти должны очищать выработанные сточные воды, а нефтепримеси отправляет на переработку. Тетраэтилсвинец удаляется только с добавлением реактивов. Разделяют сточные воды по группам нефтепродуктов и используют составные методы очистки, учитывая следующие правила:

• следует стремиться к максимальному снижению количества сточных вод и содержание в них примесей;
• нужно извлекать все примеси, которые в дальнейшем используются или перерабатываются;
• стремятся к повторному применению очищенных вод в технологиях на производстве и водообеспечения предприятия.

Загрязненный водоем

Что бы определить более эффективный способ очистки, предварительно рассматривают несколько способов. При этом учитывают объем различных видов примесей и необходимое качество воды после очистки. Окончательный выбор учитывает экономическую целесообразность для очистки используемых водных масс, а так же существование очистных сооружений в районе.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов должна:

• максимально извлекать перерабатываемых примесей;
• позволять повторное применение на производстве;
• обеспечивать минимальные выбросы в природные водоемы.

Используются 3 вида очистных сооружений:

• городские (районные);
• общие;
• локальные.

Нефтехранилища и станции по перекачке нефти по трубопроводам используют системы общего типа, при выбросах нефти в опасном объеме – локальные. Далее вода подается на очистные сооружения в районе или в близлежащие водоемы – зависит от степени очистки.

Локальные системы очистки необходимы после технологических цехов, работающих с опасными химическими продуктами: происходит  отделения химических веществ с используемой воды только после определенного участка, а не всего предприятия.

Общий тип очистных необходим  для удаления нефтепродуктов из сточных вод всего предприятия. В него входит биологический, физико-химический и механический методы очистки.

Механические способы включают  песколовки, отстойники, нефтеловушки и фильтрационные установки. Они все удаляют крупнодисперсных примесей. Физико-химические методы включают флотационные установки с химическими реактивами, использование коллоидных коагулянтов. Биологическая очистка использует биофильтры, аэротенки и биологические пруды.

Популярны реагентные методы: обратный осмос, осаждение, ионный обмен, адсорбция, флотация, фильтрование, флокуляция, коагуляция и т.д.

Районные очистные используют те же способы очистки, что и общие. Сточные воды после производства отправляются туда, если не содержат примесей, мешающих работе системы. Необходимо выполнение следующих значений:

• количество взвешенных частиц до 500 мг/л;
• отсутствуют трубозасоряющие примеси;
• нет веществ, вступающих в реакцию с материалом труб;
• газы и горючие вещества, которые могут взрываться;
• отсутствует большое содержание веществ, мешающих биологической очистке;
• максимальная температура – 40 градусов;
• нет залповых выбросов с высокой концентрацией примесей.

Это интересно: Как оказать первую помощь при отравлении парами нефтепродуктов?

Биологические методы

Биологическая очистка сточных вод основывается на внедрении специальных видов бактерий, способствующих разложению органических веществ на безвредные в экологическом плане элементы.

Иными словами нефть и ее производные выступают основой рациона питания для некоторых микроорганизмов. Технологически такие процессы протекают в естественных или искусственно созданных биологических фильтрах.

Для этого используют:

• биологические пруды;
• поля фильтрации;
• поля орошения.

Упрощенно биофильтр представляет собой резервуар, заполненный фильтрующим материалом (щебень, керамзит, полимерная крошка и т.п.), поверхность которого заселяется активными микроорганизмами.

Стоки, проходящие через такой фильтр, очищаются от органических примесей и становятся пригодными для дальнейшего использования.

Основные источники загрязнений стоков нефтепродуктами, виды загрязнений

Наличие примесей нефтепродуктов в воде – одна из главных причин того, что вода становится непригодной не только для питья и употребления в пищу, но также и для разнообразных хозяйственных нужд. Список этих нефтепродуктов довольно обширен, но среди наиболее опасных специалисты выделяют:

• мазут;
• керосин;
• бензин;
• нефтяные масла.

Эти нефтепродукты являются невероятно токсичными и, соответственно, крайне опасны как для человека, так и для экологии, окружающей среды в целом. Проникая в почву вместе с промышленными стоками, они распространяются по различного рода водоемам, которые являются источником водоснабжения для различных объектов инфраструктуры – гражданских и промышленных.

Существует несколько принципов классификации нефтепродуктовых примесей, попадающих в сточные воды. Один из основных критериев – степень простоты отделения примесей от воды. Согласно нему эксперты различают:

• растворимые примеси;
• легкоотделимые;
• трудноотделимые.

Последние, как правило, находятся в грубодисперсном состоянии. В зависимости от их концентрации в воде, они могут образовывать на ее поверхности либо отдельные “островки” пленки, либо плотный сплошной покрывающий слой.

Что же касается легкоотделимых примесей, соединяясь с водой, они образуют эмульсию, которая, однако, если не будут предприняты меры по ее устранению, она останется в воде на долгое время, еще больше ассимилировавшись с ней.

Среди основных источников попадания нефтепродуктов в сточные воды называют:

• нефтехранилища;
• нефтебазы;
• предприятия, занимающиеся переработкой нефти;
• предприятия, которые занимаются транспортировкой нефти и ее производных.

Большинство из указанных выше предприятий допускают разлив сырой нефти. Более того, некоторые из них допускают мытье оборудования и различных резервуаров с целью освобождения их от осадков в воде, слив конденсата, образующегося вследствие большой концентрации нефтяных паров и воды. Технологические процессы производства некоторых из таких компаний предполагают попадание загрязненной нефтепродуктами оборотной воды в промышленные стоки. Нередко нефтепродукты попадают в сточную воду через негерметизированные должным образом емкости, в которых они хранятся.

Химическая очистка

Химическая очистка подразумевает обязательное использование х, которые химических примесей, реагирующие с нефтепродуктами. В ходе химических реакций образуется нерастворимый в воде осадок, легко удаляемый механической фильтрацией. Эффективность удаления растворимых примесей – 25%, нерастворимых – 95%. Химическая очистка основана на одном из двух методов:

• провоцирование образования масляного пятна, используя эмульгаторы эмульсий из воды и нефти или поверхностно-активных веществ (ПАВ);
• поглощение нефтепродуктов адсорбентами: оксид алюминия, алюмосиликаты.

Второй способ используется во время локального разлива нефти и имеет эффективность – 98%.

Механическая очистка сточной воды от нефтепродуктов: основные методики

Как самостоятельный метод избавления сточной воды от примесей нефтепродуктов механическую очистку используют довольно редко: только тогда, когда есть уверенность в том, что очищенная таким образом вода будет пригодна для тех или иных целей. Чаще же к нему прибегают в качестве первичной очистки, с помощью которой можно избавиться от 60 до 65 процентов частиц загрязняющих веществ.

Среди механических методов очистки сточной воды от нефти выделяют:

• отстаивание;
• фильтрацию;
• удаление вредных примесей центробежным методом.

При отстаивании частицы более плотные, чем вода, оседают на дно и, соответственно, те из них, чья плотность ниже плотности воды, остаются на ней верхним слоем. Сооружения, в которых осуществляется данная манипуляция, представляют собой, по сути, резервуары, а называют их отстойниками. Чаще всего на крупных нефтеперерабатывающих предприятиях используют статические отстойники, в которых за 6 часов отстаивания можно отделить до 95% легкоотделимых и некоторую незначительную часть трудноотделимых загрязняющих частиц от воды.

Также существуют динамические отстойники, принцип действия которых основан главным образом на том, что загрязняющие частицы удаляются не в стоячей воде, а в потоке. Динамический отстойник может быть горизонтальным или вертикальным, а конструкция его, вне зависимости от разновидности, состоит из таких элементов:

• нефтеловушка;
• гидроэлеватор;
• нефтесборная труба;
• 2 перегородки (около крышки и на дне нефтеловушки);
• скребковый транспортер.

Еще одним не менее эффективным методом удаления нефтепродуктов из сточной воды является применение гидроциклонов. Принцип действия этих устройств основан на действии центробежных сил. Различают две разновидности гидроциклонов:

• напорные;
• безнапорные.

В напорный гидроциклон вода подается через патрубок под воздействием давления. Благодаря этому вдоль конических и цилиндрических стенок создается спиралевидный поток, в котором вредные вещества, находящиеся в воде, отделяются от нее и попадают на дно устройства. Очищенная же вода в свою очередь выводится через отводную трубу, расположенную в верхней части гидроциклона. Таким образом можно очистить воду от 70% вредных нефтепримесей, находящихся в ней.

Безнапорные гидроциклоны устроены таким образом, что спиралевидный поток очищаемой сточной воды создается за счет их же откачки из патрубка, находящегося внизу устройства. Вредные вещества, от которых нужно очистить воду, собираются в центральной части аппарата в виде пленки, которая выводится по сбросовому патрубку. Чаще всего этим методом из стоков удаляют примеси в виде мелких и достаточно твердых частичек, которые задерживаются в сетках фильтров.

Более глубокая механическая очистка стоков от нефтепродуктов осуществляется за счет использования фильтров каркасного типа, в которых в качестве материалов, улавливающих вредные частицы, могут использоваться:

• керамзит;
• кварцевый песок;
• пенополистирол;
• шлак (котельный или металлургический);
• антрацит;
• любые другие зернистые материалы пористой структуры;
• волокнистые материалы;
• нетканая синтетика;
• пенополиуретан и другие пористые материалы высокой степени эластичности.

Устранение загрязнений, содержащих нефть методами химического воздействия

В основе методики химической очистки лежит способность некоторых химических веществ и соединений вступать в реакцию с нефтяными примесями, их производными, с дальнейшим их распадом на нейтральные составляющие.

Как правило, продукты таких реакций выпадают в осадок и удаляются из стоков механическим способом.

Наибольшее практическое применение получили такие химические элементы и соединения:

1. Кислород, его производное озон.
2. Реагенты на основе хлора, хлорная известь, аммиачные растворы.
3. Калиевые, натриевые соли хлорноватистой кислоты.

Справка. Применение методов химической очистки позволяет извлечь из обрабатываемых стоков до 98% содержащихся в них нефтепродуктов.

Наибольшее распространение получили два направления химической очистки, основанные на реакциях нейтрализации и окисления. В первом случае для снижения кислотности и щелочности применяется взаимная нейтрализация:

• добавление растворов кальцинированной соды, аммиака, извести;
• пропускание стоков через нейтрализующие реагенты – известняк, мел, доломит.

Окислительные реакции применяются для удаления токсичных примесей, представленных солями тяжелых металлов.

В качестве окислителя применяют:

• технический кислород;
• озон;
• соединения хлора, кальция и натрия.

В контексте очистки стоков от нефтепродуктов химические методы призваны:

• ослаблять коррозийную нагрузку на конструкции водопроводящих и очистных сооружений;
• создавать благоприятные условия для реализации биохимических процессов в биологических отстойниках и окислителях.

Механическая очистка

Механическая очистка сточных вод от нефтепродуктов — первый и самый дешевый этап. Вода готовится к следующим этапам обработки. В процессе уничтожается более 60% бытовых и 90% промышленных загрязнений в воде.

Если воду планируется использовать для нужд предприятий или выпускать в общественные водоемы, то выполнение фильтрации механическим методом достаточно. Для остальных целей потребуется дополнительные мероприятия по очистке воды.

Песколовки

Устройство призвано задерживать песок. После прохождения жидкости через песколовку концентрация нефтепродуктов снижается.

Разновидности устройств в зависимости от направления водного потока:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• круговые;
• прямолинейные;
• поступательно-вращательные.

Выбор конструкции зависит от объема воды и содержания в ней нефтепродуктов. Когда речь идет об очистке вод от нефтепродуктов, то лучше использовать горизонтальную песколовку.

Если песколовка отсутствует, то частицы задерживаются очистными установками на последующих этапах. Но это значительно усложнит процесс.

Отстойники

Простой и наименее затратный способ очистки. Легкие частицы всплывают на поверхность, а тяжелые под воздействием силы гравитации выпадают на дно резервуара.

Статистические чаще используются на предприятиях, занимающихся переработкой нефти. Резервуары бывают железобетонные или стальные. Очистка длится не менее 6 часов. Максимально — 24 часа. Все нефтешламы всплывают. Осадок удаляется при помощи перфорированных труб. Удаляется 95% загрязненных частиц.

Динамические очищают воду в процессе непрерывного движения. Осадок удаляется насосами.

На скорость обработки и очистки воды невозможно повлиять. Скорость прямо пропорциональна объему очищаемой воды. Плюс метода — малые затраты на строительство резервуаров. Недостаток — требуется прохождение воды через дополнительные системы для очищения от нефтепродуктов.

Гидроциклоны

Взвешенные частицы выпадают на дне в виде плотного осадка. Это происходит под влиянием центробежной силы. В напорном гидроциклоне жидкость устремляется к центру потока, а тяжелые элементы остаются на периферии. Размер оборудования влияет на качество очистки. В маленьком гидроциклоне удаляются мельчайшие загрязнения.

В безнапорном жидкость идет сверху вниз. При этом шлаки скапливаются в центре потока, образуя конус.

Центрифуги

Эти очистные установки работают за счет центробежной силы. Жидкость вращается в барабане. Его стенки перфорированы. Дополнительно по поверхности натягивается сетка или мелкопористая ткань. Они задерживают в себе примеси.

Фильтры

Фильтрование — второй этап после отстаивания. Работа обеспечивается прикреплением нефте содержащих компонентов к поверхности фильтра. Внутри закрепляются текстиль, сетка или мембрана. При этом первые избавят от крупных частиц, а мембрана очистит на молекулярном уровне.

Разновидности:

1. Микрофильтры оснащены текстильным, полимерным или сетчатым фильтрующим элементом. Размер зависит от объема очищаемой воды и колеблется в рамках от 1 до 4 м. Барабан с закрепленным внутри фильтром постоянно вращается. Вода протекает внутрь из-за разницы уровней.
2. Каркасные представлены 3 видами:

• адгезивные зернистые;
• сорбционные волокнистые;
• комбинированные.

Для первых 2 видов характерно скопление грязи внутри. После заполнения они нуждаются в замене либо очистке.

Третий вариант считается выгодным. Даже после скопления нефть не растворяется в воде, а скапливается на поверхности в виде капель. Их собирают подручными инструментами.

Эластичный фильтр — изобретение последнего десятилетия

Очистка производится пенополиуретаном, который заслужил внимание благодаря следующим характеристикам:

• эластичность;
• пористость;
• гидрофобность;
• устойчивость к повреждениям.

Установка погружается в воду. Делает забор и поднимается наверх. Пенополиуретан пропитывается нефтью и отжимается. По мере завершения цикла установка вновь погружается в резервуар для очистки.

Главные недостатки эластичного фильтра:

• требуется предварительная обработка;
• образование в процессе стойкой эмульсии, которая практически не очищается.