Очистка вод от нефтепродуктов

 

Поэтому необходимость очистки сточных вод от ПАВ очевидна. Химическими предприятиями ежегодно выбрасывается в водоемы более 100 тыс. т ПАВ. В поверхности воды, содержащей ПАВ, образуется устойчивая пена, которая препятствует поступлению кислорода из воздуха в загрязненные бассейны и, тем самым, ухудшает процессы самоочищения и наносит большой вред как растительному, так и животному миру. Кроме того, некоторые из них придают воде неприятный запах и привкус.

 

Для эффективной очистки сточных вод от ПАВ применяют многие методы:

 

Химические методы,

 Физические методы,

 Биологическое окисление,

 Сорбцию,

 Пенное фракционирование,

 Коагуляцию,

 Выпаривание,

 Ультрафильтрацию,

 Озонирование и др.

 

Выбор метода очистки от того или иного вида ПАВ зависит от концентрации ПАВ в сточных водах, химической природы ПАВ, от наличия в водных стоках органических и неорганических примесей, стоимости и необходимой степени очистки. Для очистки сточных вод до норм ПДК обычно используется комплекс методов, конечной стадией которого является биологическая очистка.

 

К химическим методам очистки сточных вод от ПАВ относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Их применяют для удаления растворенных веществ, а также в замкнутых системах водоснабжения. Для химической очистки сточные воды, содержащие нефтепродукты, хлорируют и озонируют. После механической и физико-химической очистки сточные воды направляются на биологическую очистку, которая заключается в окислении органических загрязнений микроорганизмами.

 Биологическое окисление ПАВ  проводят как в естественных  условиях на полях фильтрации, орошения и в биологических  прудах, так и в искусственно  созданных условиях на биофильтрах  и в аэротенках. Поля фильтрации, орошения и биофильтры функционируют за счет почвенных биоценозов, биологические пруды и аэротенки — за счет биоценозов этих водоемов.

 

Биоценоз состоит из множества различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов — водорослей и т.д., связанных между собой в единый комплекс. При этом для биодеградации ПАВ используют капельные и высоконагруженные биофильтры. В качестве фильтрующего материала используют шлак, гранитный щебень, кокс, известняк, антрацит и другие водоустойчивые материалы. Очищенную в биофильтре воду хлорируют, и она поступает во вторичный отстойник. После этого очищенную воду спускают в водоем. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности микроорганизмов биологические фильтры вводят в эксплуатацию при температуре около 20°С.

 

Интенсификация процессов самоочищения вод от различных видов загрязнений и ПАВ с помощью высшей водной растительности (ВВР) в симбиозе с другими звеньями экосистемы в большинстве случаев является экономичным и эффективным методом. Выделяя органогенный кислород и аэрируя воду, ВВР способствует окислению органических загрязнений бактериями, одновременно используя полученные продукты распада для своей жизнедеятельности. В некоторых случаях степень удаления органических примесей с помощью макрофитов выше, чем при использовании промышленных методов очистки воды в аэротенках.

 

Поэтапная деструкция высокомолекулярных органических соединений, к которым относятся и ПАВ, осуществляется многочисленными группами микроорганизмов. Характер образующихся продуктов разложения зависит от структуры микробного сообщества, ферментативной активности его членов, а также от условий окружающей среды. Ведущими абиотическими факторами, регулирующими направление микробиологических процессов, являются температура и содержание растворённого в воде кислорода.

 

Быстро окисляются те органические соединения, продукты разрушения которых соответствуют общей схеме метаболизма, но если по структурным причинам происходит отклонение от общей схемы, то окисление протекает очень долго. В том случае, когда гидроксильная группа вещества не может окисляться без разрыва молекулы, окисление совершается крайне медленно, поскольку разрыв молекулы для бактериального метаболизма явление не совсем обычное. Так, незначительное биохимическое окисление большинства ПАВ, выпускаемых промышленностью, является одной из основных причин нарушения самоочищения водоёмов.

 

Однако, биологическая очистка сточных вод от органических загрязнений не обеспечивает необходимый эффект очистки, вследствие чего стоки нуждаются в физико-химической очистке, после которой они частично могут использоваться на производстве либо направляться на биологическую очистку совместно с городскими сточными водами.

 

Устойчивость ПАВ к биохимическому окислению является причиной накопления их в водных объектах, особенно в донных отложениях, что, в свою очередь, приводит к снижению самоочищающей способности природных вод и создаёт опасность вторичного загрязнения водоёмов и водотоков.

 

Именно по этой причине ПАВ входят в группу наиболее распространённых в поверхностных водах загрязняющих веществ и проблемы, связанные с охраной от них водных объектов, приобрели за последнее время особую остроту и актуальность.

 

В связи с несовершенством методов очистки от ПАВ сточных вод сосредоточенных выпусков и невозможности очистки от них рассредоточенного стока, возникает необходимость в разработке технологий защиты водных объектов от загрязнения указанными веществами, основанных на интенсификации внутриводоёмных процессов.

 

Таким требованиям соответствуют биоинженерные системы (БИС), сущность которых заключается в использовании приемов повышения ассимилирующей способности водных экосистем путем увеличения в их структуре звена фитоценоза.

 В биофильтрах сточные воды  пропускаются через слой крупнозернистого  материала, покрытого тонкой бактериальной  пленкой. Благодаря этой пленке  интенсивно протекают процессы  биологического окисления. Именно  она служит действующим началом  в биофильтрах.

 

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

 

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, поедая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

 

Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

 

В последнее время разработан специальный микробиологический препарат Микрозим™ ПЕТРО ТРИТ, который содержит комплекс (6-12) видов живых микроорганизмов основным источником энергии жизнедеятельности, которых являются различные фракции животных жиров и растительных масел. Попадая в загрязненную ПАВ и нефтепродуктами водную среду, микроорганизмы в течение 12-24 часов начинают активно размножаться, эффективно используя жиры в качестве источника энергии необходимой для увеличения своей численности и создания новых колоний. Препарат МИКРОЗИМ™ ПЕТРО ТРИТ предназначен для биоразложения нефтяных загрязнений - биологической очистки и восстановления функций самоочищения и самовосстановления нефтезагрязненной почвы и водоемов, утилизации и обезвреживания нефтеотходов, очистки сточных вод от ПАВ. Препарат ПЕТРО ТРИТ является высокоэффективным комплексным биологическим деструктором углеводород-содержащих органических соединений, представляющим собой концентрированный биопрепарат уникальных видов бактерий, натуральных микробных ферментов, комплекса минеральных солей и нутриентов. Микроорганизмы биопрепарата активно синтезируют собственные ферменты и био-ПАВ, многократно интенсифицирующие декомпозицию углеводородов нефти на био-разложимые составляющие, которые затем эффективно усваиваются бактериями биопрепарата - происходит комплексная биохимическая редукция углеводородов нефти на СО2, Н2О и безвредные для окружающей среды продукты микробного метаболизма. Обработка биопрепаратом загрязненной нефтью почвы или воды, приводит к снижению концентраций нефти на 97-99%, нормализации кислородного режима, полному восстанавлению самоочистительных и самовосстановительных функции почвы и воды.

 

Однако существующие разработки касаются снижения биогенной нагрузки на водные объекты, защиты от металлов, легкоокисляемых органических веществ, нефтепродуктов, и не решают вопроса полной очистки от таких трудноокисляемых органических веществ, как ПАВ. Знание же характера протекания процессов самоочищения вод от ПАВ и эффективное их использование позволило бы поддерживать водные объекты в удовлетворительном санитарном состоянии.

 

Практика очистки сточных вод от ПАВ и сопутствующих примесей показывает, что наиболее рациональным является комбинирование физико-химических методов для обеспечения требуемой глубины очистки и её эффективности.

 

Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100—200 мг/л) применяется прежде всего адсорбционная очистка на активированных углях и других сорбентах. Получить воду требуемого качества и повторно использовать ПАВ после регенерации позволяет применение ионообменных смол.

 

Известны также и другие разнообразные способы для очистки промышленных сточных вод от ПАВ, основанные на адсорбционных технологиях с использованием природных и синтетических адсорбентов, а также адсорбентов, полученных переработкой отходов различных отраслей промышленности. Например, известны способы очистки ПАВ-содержащих сточных вод, основанные на совместном использовании активных углей с термообработанным шунгитом (Авт. св. N 1453901, кл. C 02 F 1/28, опублик. 21.08.86), активированным оксидом алюминия (Патент США N 4923843, кл. В 01 J 20/08, опублик. 08.05.90), либо совместно с дополнительным предфильтрующим слоем волокнистого материала (Патент Великобритании N 8810741.2, кл. B 01 D 46/00; опублик. 08.11.89), в качестве которого может выступать, например, слой гидротермически обработанного полиакрилнитрильного волокна (Авт. св. СССР N 1650601, кл. C 02 F 1/28, опублик. 23.05.91). В общем случае композиции порошкообразных материалов позволяют сочетать преимущества и уменьшать недостатки отдельных компонентов (Фильтрование с применением композиций вспомогательных веществ/Лейчкис И. М.//Хим. технология - 1990. -N 5.-С.52-57).

 

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ очистки нефтепромысловых сточных вод, основанный на использовании фильтрующего материала из четырех слоев базальтового волокна (Фильтр для очистки воды от нефти /Тутаков О.В., Гаврилюк Н.С., Божко В.И., Шусть Э.А. //Промышленное строительство и инженерные сооружения.1991.N 4-С.34). Первый и второй слой состоят из вязально-поршневого материала из штапелированных базальтовых тонких и супертонких волокон. Третий слой состоит из иглопробивного базальтового материала, а четвертый - из базальтовой жгутовой ткани. Третий и четвертый слои выполняют функцию каркаса, обеспечивающего механическую прочность фильтрующего материала.

 

Использование тонковолокнистого базальтового волокна в качестве фильтрующего материала оправдано его хорошей сорбционной способностью к ПАВ и нефтепродуктам, высокой коррозионной и химической устойчивостью, позволяющей многократно проводить гидротермическую и химическую регенерацию фильтров без заметной потери эффективности.

 

Хотя применение этих сорбентов для очистки сточных вод от растворенных органических загрязнений и ПАВ обеспечивает практически полное удаление их из воды, использование активных углей ограничивается тем, что они характеризуются относительно низкой (всего 2%) сорбционной емкостью по ПАВ и красителям вследствие того, что большая часть их пористости образована недоступными для мицелл этих загрязнений микропорами. Поэтому в системе адсорбционной очистки сточных вод от ПАВ и красителей в качестве предварительной стадии очистки целесообразно использовать коагуляцию. В качестве коагулянта используются соли железа или алюминия.

 

Другой метод очистки воды от ПАВ - метод пенного сепарирования и флотации. Сущность его заключается в адсорбции ПАВ на границе раздела фаз сточная вода — воздух при непрерывном снятии поверхностного слоя. Для этой цели через сточную воду барботируют воздух, что создает стабильную пену, состоящую из пузырьков газа различного размера. Процесс разрушения пенного слоя происходит медленно. Для ускорения разрушения пены используют пеногасители, в качестве которых применяются кремнийи германийорганические соединения. Однако использование их приводит к дополнительному загрязнению пеноконденсата. Поэтому чаще применяют термические, электрические и механические способы гашения пены.

 

Другим эффективным методом для удаления из сточных вод ПАВ, а также нефтепродуктов, является флотация. Достоинством флотации является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простота аппаратуры, селективность выделения примесей по сравнению с отстаиванием, большая скорость процесса, высокая степень очистки (95—98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации поверхностно-активных веществ ПАВ, легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.

 

 

 

Рис. Флотационные установки

 

Процесс, на котором основана флотация, состоит в том, что при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс “пузырек-частица” поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др.