Очистка вод от нефтепродуктов

 

4. Утилизация биомассы

 

Одной из проблем организации процесса фитоочистки является про-блема утилизации биомассы. Решение данной проблемы зависит как от свойств образующегося отхода, так и от экономических факторов.

 

В зависимости от влажности биомасса перерабатывается термохимическими или биологическими способами. Биомасса с низкой влажностью (сельскохозяйственные и городские твердые отходы) перерабатываются термохимическими процессами: прямым сжиганием, газификацией пиролизом, ожижением, гидролизом. В результате получают водяной пар, электроэнергию, топливный газ, водород (метанол), жидкое топливо, газ, древесный уголь, глюкоза. Биомасса с высокой влажностью (сточные воды, бытовые отходы, продукты гидролиза органических остатков) перерабатываются биологическими процессами: анаэробная переработка, этанольная ферментация, ацето-нобутанольная ферментация. В результате этих процессов получают биогаз (СН4, СО2), органические кислоты, этанол, ацетон, бутанол. Различие физико-химических свойств биомассы обусловливает выбор термохимического или биологического процесса ее переработки.

 Прямое сжигание является  одним из самых широко применяемых  ме-тодов переработки биомассы (древесины и древесных отходов, соломы, городских твердых отходов и др.). Топливо, вырабатываемое из городских твердых отходов, используют в сочетании с углем на небольших электростанциях. В процессе биологической переработки биомассы для роста и метаболизма бактериям необходимы питательные вещества (азот и фосфор). Для биологической переработки почти всех видов биомасс требуется дополнительное введение питательных веществ.

 

Наиболее перспективными и все более широко применяемыми процессами превращения биомассы в различные виды энергии являются термохимическая газификация, этанольная ферментация и анаэробная переработка. Из термохимических процессов переработки биомассы наибольшее внимание в настоящее время привлекают такие, как газификация, пиролиз и сжижение, в результате которых получают жидкие и газообразные топлива, имеющие значительно большую энергоемкость, чем биомасса. Все эти процессы протекают при высокой температуре, а иногда и при высоком давлении.

 

Пиролиз биомассы осуществляется при ее нагревании в отсутствии кислорода с образованием жидкого топлива, газов и древесного угля. Выход продуктов пиролиза зависит от условий проведения процесса и типа сырья. В свою очередь, условия процесса определяются природой сырья, заданными продуктами производства [11].

 

Целью данного процесса является наиболее полное извлечение и ис-пользование соединений, содержащихся в биомассе, получение активированного угля и возможное использование биомассы в качестве экологически чистого топлива.

 

Пиролиз материалов растительного происхождения ведут в восстановительной среде с содержанием водорода 3-14 об.%, оксида углерода - 3-15%, углеводородных газов метанового ряда 0,1-2,5%, полученной методом неполного сгорания углеводородов с = 0,4-0,85. В качестве углеводородов могут быть использованы: метан, газы нефтепереработки и газы от реакции пиролиза (рецикл) [12].

 

Один из методов переработки целлюлозной биомассы (например, со-ломы) - гидролиз минеральными кислотами с образованием глюкозы и ксилозы, которые в дальнейшем могут быть подвергнуты ферментации в целях производства различных органических химикатов, включая этанол, кислоты, бутанол и ацетон. С точки зрения получения заменителей жидкого и газообразного ископаемого топлива наибольший интерес представляет технология переработки биомассы с образованием в качестве конечных продуктов этанола, метанола, синтетического природного газа и биогаза.

 

Из биологических методов превращения биомассы наибольшее распространение получают анаэробная переработка и этанольная ферментация. В процессе анаэробной переработки или перегнивания (метановая ферментация) органические вещества разлагаются до СО2 и CH4. Возможность получения высококалорийного, топливного газа (СН4) путем биохимической переработки биомассы реализована сравнительно недавно. Процесс анаэробной переработки органических отходов происходит в отсутствии кислорода с участием различных групп бактерий.

 

Основными преимуществами превращения биомассы методом термо-химической газификации являются высокие эффективность и скорость пре-вращения. К недостаткам процесса относится возможность переработки сырья только с низким содержанием влаги, а также высокие температура и давление, сложные техническое оформление и управление процессом.

 Одним из способов переработки  биомассы является ацетонобутанольная ферментация, в результате которой под действием микроорганизма образуется уксусная и масляная кислота, этанол, бутанол, ацетон, изопропанол, а также диоксид углерода и водород [11].

 

Другой способ использования биомассы после доочистки сточных вод - на установке утилизации сельхозотходов, включающей источник сельхозотходов, например свиноферму, сообщенную со сборником сельхозотходов и с метантенком, состоящим из камер кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, причем метантенк по биогазу и бражке сообщен с ферментатором, включающим корпус со светопроницаемыми стенками и размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками, поперечными перфорированными перегородками, образующими секции [13].

 

Заключение

 

В работе проведено исследование метода очистки сточных вод с при-менением высшей водной растительности с целью улучшения ее качествен-ных характеристик, в частности, по снижению содержания бензола. Были рассмотрены способы фитоочистки воды: доочистка с использованием биоплато, биопрудов, каркасных биологических фильтрах, в прудах с каскадной системой секций. Были изучены фитосорбенты, применяемые в очистке стоков, рассмотрены проблемы утилизации биомассы.

 Экспериментальная часть работы направлена на исследование процесса фитоочистки сточных вод с использованием урути мутовчатой. В работе подобраны условия проведения эксперимента, методика анализа полученных результатов, разработаны модели урути мутовчатой.

 

Представленные результаты показывают возможность использования урути мутовчатой для проведения процессов очистки сточных вод от бензола.

 

Список литературы

 

1. Экология и промышленность  России. – 1999.

2. Лейбович Л. И., Корчевский Н. В., НПФ «Рецикл», Николаев, сборник материалов IV Международной конференции "Сотрудничество для решения проблемы отходов", 2007 г., Харьков, Украина.

3. Е. С. Фомина, Е. А. Трошина, влияние  высшей водной растительности  на доочистку сточных вод .Сборник статей III межвузовской конференции "Современные проблемы экологии, 2006 г, Житомир.

4. Малые реки России - использование, регулирование, охрана, методы водохозяйственных  расчетов. - Свердловск: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1988.

5. Пат. А.с. C02F3/32 №2157794. Устройство  для доочистки сточных вод.

6. Пат. А.с. C02F3/32 №2220114. Способ биологической  очистки сточных вод.

7. Пат. А.с. C02F3/32 №2107041. Способ биологической  очистки сточных вод и устройство  для его осуществления.

8. РД 118.02.1-85. Методика выполнения  измерений химического потребления  кислорода (ХПК) в сточных водах.

9. Исследование процесса фитоочистки для доочистки сточных вод / Богомолова А.В., Копнина А.Ю., Чуркина А.Ю. // Экология и безопасность жизнедеятельности: Сборник статей VII Международной научно-практической конференции. – Пенза: РИО ПГСХА, 2007, - с. 99 – 101.

10. Использование процесса фитоочистки воды, загрязненной ионами ме-таллов, с использованием урути мутовчатой (Myriophyllum verticillatum) / Копнина А.Ю., Колесников А.Г. // Экологические проблемы промышленных городов: Сборник научных трудов IV Всероссийской научно-практической конференции. – Саратов: РИО СГТУ, 2009, - с. 35 - 37.

11. http://esco-ecosys.ru.

12. Пат. А.с. C10B53/02 №2124547. Способ термической  переработки биомассы.

13. Пат. А.с. C02F11/04 №2167828. Установка  утилизации сельхозотхо-дов.

 

http://studeco.samgtu.ru/node/61

 

Очистные сооружения. Очистка дождевого и нефтесодержащего стоков

 

Традиционное решение

 

Эффективность работы системы водоотведения и очистки дождевого стока с городских территорий и площадок промышленных предприятий во многом зависит от оптимального выбора схемы отведения стока на очистку.

 

Согласно требованиям СНиП 2.04.03-85 на очистку должно направляться не менее 70 % объема годового стока. При этом рекомендуется принимать период однократного превышения дождя расчетной интенсивности Р = 0,05-0,1, т.е. расчетный дождь будет превышен в году соответственно 20-10 раз.

 

Кроме того, СНиП дает методику определения расхода дождевых вод в расчетном сечении коллектора. Причем в значительной мере расчетный расход в коллекторе зависит от времени поверхностной концентрации дождя и времени протока до расчетного сечения. Чем меньше расстояние до расчетного сечения коллектора, тем больше расход в коллекторе.

 

По литературным данным принято считать, что основная часть загрязнений смывается дождем расчетной интенсивности в течение первых 20 минут, а затем наступает момент «условно чистого стока». Это достаточно условное разделение, которое зависит от многих факторов.

 

Разделение общего потока на «грязный» и «чистый» потоки осуществляется обычно в разделительной камере с водосливом (схема 1, вариант 1). На очистку направляется нижняя часть потока, а верхняя — на сброс. При этом 30 % годового стока при высокоинтенсивных дождях сбрасывается в водоем, минуя очистные сооружения.

 

Традиционное решение имеет два основных недостатка. Во-первых, через водослив сбрасывается верхняя часть потока, которая транспортирует наибольшее количество нефтепродуктов, взвешенные вещества располагаются ближе к лотковой части трубы. Но как раз нефтепродукты и представляют для водоемов наибольшую опасность как наиболее токсичные. При этом с 30 % расхода в обход очистных сооружений сбрасывается не менее 30 % загрязнений. Во-вторых, расчет производительности очистных сооружений согласно СНиП будет достаточно корректен, если расчетное время протока составляет не менее 20 минут. На практике достаточно много имеют место случаи, когда очистные сооружения располагаются в непосредственной близости от места водосбора. Это автозаправочные станции, стоянки автомашин, промышленные площадки и т.п. В этом случае нарастание расхода в коллекторе до критического значения происходит в течение 2-4 минут, после чего начинается сброс части расхода через водослив. Естественно, что это будет самая грязная часть дождя. В такой ситуации эффективность системы очистки дождевого стока не будет превышать 40-50 %.

 

В подобных случаях в зарубежной практике используется метод локализации грязных участков с отведением 100% стока на очистку. Это решение достаточно эффективно, но требует больших капитальных затрат.

 

Достаточно эффективным может быть решение с устройством очистных сооружений аккумулирующего типа, когда весь объем стока в течение расчетного времени аккумулируется в емкостях, а затем подается на очистку (вариант 2). В этом случае эффективность работы всей системы водоотведения и очистки может быть оценена не ниже 70 %. К недостаткам такой схемы очистки следует отнести обязательность насосного оборудования и автоматизации работы сооружений, что не всегда приемлемо, особенно на малых расходах.

 

Новое решение

 

Для повышения экологической устойчивости систем водоотведения и очистки дождевого стока мы предлагаем новый подход и специальное оборудование, которые позволяют при той же производительности очистных сооружений, без увеличения капитальных затрат повысить эффективность удаления загрязнений в годовом объеме стока с 50-70 % до 90-95 % (схема 2, вариант 3).

 

Для этого на общем дождевом коллекторе устанавливается сепаратор общего потока, который выполняет две основные функции: предварительная обработка всего потока до его разделения и последующее деление потока на сбросной и подаваемый на очистку. Этот элемент системы получил название ПЕСКОН (пескоотделитель, концентратор нефтепродуктов). В ПЕСКОНЕ используется принцип отделения загрязнений под действием центробежных и центростремительных сил.

 

Загрязнения, имеющие удельный вес больше удельного веса воды (песок) при вращении потока отбрасываются в периферии, сползают по стенкам вниз и накапливаются в осадочной части.

 

Загрязнения, имеющие удельный вес меньше удельного веса воды (нефтепродукты) при вращении потока стремятся к поверхности и к центру вращения, где располагается отводная труба потока на очистку.

 

В нижней зоне рабочего объема жидкости располагается труба для сброса части сепарированного расхода от высокоинтенсивных дождей. Таким образом, ПЕСКОН в системе всегда работает как первая ступень очистки от взвешенных веществ. При высокоинтенсивных дождях, кроме того, из всего потока сепарируется большая часть капельных нефтепродуктов, которая отводится на последующую ступень очистных сооружений.

 

ПЕСКОН эффективно работает при высоких гидравлических нагрузках и способен обрабатывать весь расход в коллекторе. При этом его габариты на порядок меньше гравитационных сооружений отстойного типа.

 

Конструктивное устройство ПЕСКОНА позволяет отказаться от устройства целого ряда дополнительных элементов, таких как разделительная камера, камера с решеткой, поворотные колодцы, колодцы отбора проб. Все это упрощает инженерные коммуникации и снижает стоимость строительства. Устройство ПЕСКОНА позволяет регулировать расход потока, направляемого на очистку и сбросного потока, что важно для устойчивой работы последующих ступеней очистки. На устройство ПЕСКОНА оформлена заявка на авторское свидетельство.

 

 

 

Опытные образцы сепараторов общего потока два сезона отработали в составе очистных комплексов, подтвердили свою эффективность и целесообразность применения таких систем. По результатам промышленных испытаний в конструкцию сепараторов были внесены некоторые изменеия.

 

Освоено изготовление ПЕСКОНОВ в цельнопластиковом исполнении.