26
Физико-химическая очистка нефтесодержащих сточных вод. Фи-
зико-химическая очистка состоит из трех видов систем: коагуляционной,
флотационной и сорбционной. Соответственно, используется очистка ме-
тодом коагуляции, адсорбции, окисления, экстракции и прочие методы.
Происходит удаление растворенных тонкодисперсных примесей и распад
органических веществ. Модель установки физико-химической очистки
нефтесодержащих стоков приведена на рис. 6.
Для адсорбции используется активированный уголь мельчайшей
фракции, пенополиуретан с высокой степенью поглощения,эмульгаторы,
ПАВ, ферримагнитный порошок из оксида железа.
Физико-химическую обработку применяют для дополнительной
очистки сточных вод, которые прошли нефтеловушки и содержат раство-
ренные и эмульгированные нефтепродукты.
Рис. 6. Модель установки физико-химической очистки стоков [32]
27
Выделение данных загрязнений седиментационными методами мож-
но проводить после укрупнения частиц нефтезагрязнений при помощи ис-
пользования методов коагуляции, флокуляции или иных методов. Широко
применяются методы флотации и сорбции. Кроме того, в разных схемах
очистки нефтесодержащих сточных вод используют ультрафильтрацию,
ионный обмен, экстракцию, обратный осмос и прочие методы.
После очистки механическими методами, частицы нефтепродуктов
(меньше 10 мкм), оставшиеся в воде, образуют некоторую эмульсионную
систему, устойчивость каковой определяется электрокинетическими и по-
верхностными свойствами частиц, а также степенью дисперсности.
В роли коагулянтов применяют известь в чистом виде и в комплексе
с углекислым газом, с солями сернокислого и хлорного железа, с фосфата-
ми, с алюминием, соединениями кальция или хрома с серной кислотой,
глиной или сульфатом меди, гидроокись натрия с триполифосфатом
натрия, алюминат натрия и прочее.
Для очистки производственных сточных вод наиболее часто приме-
няют: сульфат алюминия (глинозем) (с плотностью 1,62 т/м
3
; насыпной
массой 1,05 – 1,1 т/м
3
; растворимостью в воде при 20°С 362 г/л); сульфат
двухвалентного железа (железный купорос) (с плотность 3 т/м
3
, насыпной
массой 1,9 т/м
3
, растворимостью в воде при 20°С 265 г/л). Доза коагулянта
в каждом отдельном случае устанавливается экспериментальным путем.
При использовании минеральных коагулянтов в сточных водах про-
исходят следующие процессы:
– снижение агрегативной устойчивости дисперсной системы под
влиянием введенной соли (электролита);
– образование нового малорастворимого соединения в результате
химической реакции, при которой образуется хлопьевидная структура,
включающая частицы коллоидной (эмульсионной) системы;
– сорбция ионов на поверхности частиц.
28
В воде при гидролизе солей железа и алюминия образуются малорас-
творимые гидроокиси. Проведение процесса очистки при оптимальных
значениях pH способствует снижению расхода коагулянтов [25].
Преимущества метода коагуляции: невысокая стоимость монтажа
очистного оборудования, простота требуемых оборудования и аппаратуры;
возможность прерывать процесс при отсутствии сточных вод и возобнов-
лять его при поступления стоков. Недостатки методов: сравнительно
большие дозы расхода минеральных коагулянтов; образование больших
объемов трудно поддающихся обезвоживанию осадков; повышенное со-
держание Сl
-
и SO
4
2-
в очищенной воде ионов, что приводит к коррозии
оборотных систем водоснабжения.
Очистка флотацией. При флотации извлечение эмульгир ованных за-
грязнителей осуществляется пузырьками смеси углеводородных газов или
воздуха, которые вводятся в воду различными способами (рис. 7).
Рис. 7. Схема флотации сточных вод
29
Прилипание пузырьков воздуха к извлекаемой частице какого-либо
вида обусловлено неполной смачиваемостью ее водой, то есть ее гидро-
фобностью. Чем больше гидрофобность извлекаемых примесей, тем боль-
ше их вероятность закрепления на пузырьке воздуха. Поэтому флотацион-
ная о чистка сточных вод техно логически и экономически эффективны при
извлечении гидрофобных примесей нефтепродуктов [15].
По методу диспергирования газа или воздуха (например, CF
2
Cl
2
,
CH F
3
) существует такая классификация флотаций:
– с механическими диспергированием воздуха (безнапорная, импел-
лерная и пневматическая);
– при выделении из воздуха газа (напорная, вакуумная);
– при подаче через пористые материалы воздуха;
– электрофлотация;
– био-, вибро- и химическая флотации.
Заслуживает внимания электрофлотация, когда при про пускании
электротока через с точные воды на электроде образуются пузырьки газов
нужной дисперсности и флотируют загрязненные вещества и примеси на
поверхности, или распространенная на плавучих очистных сооружениях
пневматическая флотация, когда сжатый газ подается в сток через перфо-
рированную трубу. Флотационные напорные установки (рис. 8) состоят из
напорных резервуаров для предварительного насыщения воздухом воды и
флотаторов, в которых в условиях давления, понижающегося до атмосфер-
ного, флотоагрегаты образуются и выделяются на поверхность.
30
Рис. 8. Флотационная установка
Давление жидкости, насыщенной воздухом, понижают до атмосфер-
ного от избыточного дросселированием или без него.
По конструкционным исполнениям флотаторы бывают радиальные,
горизонтальные и вертикальные (рис. 9–11). Производительность верти-
кальных и горизонтальных флотаторов до сотни кубических метров в час.
Использование коагулянтов (в виде растворов сернокислого алюми-
ния, железа и др.) и флокулянтов (поливиниловый спирт, полиакриламид,
полиэтиленоксид) значительно интенсифицирует процесс флотации за-
грязнений, поскольку повышается гидрофобизация частиц.
31
Рис. 9. Горизонтальный флотатор: 1 – флотационная камера; 2 – выдели-
тельная камера; 3 – скребковая машина; 4 – сборник очищенной в оды; 5 –
пено сборная камера; 6 – выпуск пены, %; 7 – выпуск в оды; 8 – дроссели-
рующее устройство
Рис. 10. Вертикальный флотатор:
1 – флотационная камера; 2 – с борная щелевая трубка; 3 – вы ход сточной
воды; 4 – вы ход пенной массы; 5 – вы делительная камера; 6 –
электродвигатель; 7 – с кребок; 8 – камера для слива о чищенной в оды
32
Рис. 11. Радиальный флотатор: 1 – зона флотации; 2 – зона разделения;
3 – сборник пены; 4 – скребки; 5 – отвод очищенной воды; 6 – кольцевая
перегородка; 7 – вращающийся водораспределитель; 8 – отвод осадка
Этого можно достичь при помощи собирателей катионного типа
(смеси солянокислых солей алифатических первичных аминов, полиэтиле-
намина, ацетата амина канифоли и т.д.). Электрофлотация гидрофобных
загрязнений, содержащихся в сточных водах, протекает под действием га-
зовыделения, образующегося в результате электролиза водных растворов с
использованием электрохимически нерастворимых анодов (графитовых
или угольных). Катод обычно изготовлен из сетки, а электродный блок
расположен горизонтально на дне флотокамеры – это является одним из
недостатков установки вследствие засорения блока (рис. 12).
При флотации использование электролитического способа генерации
газовых пузырьков в сравнении с другими способами аэрации характери-
зуется следующими существенными преимуществами:
– высокой степенью дисперсности газовых пузырьков, относитель-
ной чистотой их поверхности, повышающей эффективность прилипания
загрязняющих веществ к взвешенным частицам;
33
Рис. 12. Электрофлотационная установка: 1 – электродвигатель; 2 – ком-
бинированный механизм для распределения сточной воды, сгребания пены
и сброса осадка; 3 – пеносборный лоток; 4 – алектрофлопционная камера;
5 – катод; 6 – анод; 7 – труба опорожнения
– возможностью плавного регулирования скорости процесса при
изменении степени насыщения жидкости пузырьками газа в широком диа-
пазоне;
– отсутствием вращающихся частей в электрофлотационных аппара-
тах. Это является гарантом надежности их работы;
– возможностью флотации раздельно пузырьками кислорода или во-
дорода при проведении окисления;
– простотой изготовления элетрофлотационного аппарата.
Эффективность процесса можно повысить при использовании фло-
кулянтов и коагулянтов, электрохимического окисления (или деструкции
примесей), подкисления до изоэлектрической точки и прочих мероприя-
тий. Преимущества метода заключатся в высокой степени очистки за до-
вольно короткое время, отсутствие вращающихся частей, бесшумность ра-
боты, возможность утилизации извлекаемых компонентов [24].
34
Очистка адсорбцией. Наряду с флокуляцией и коагуляцией для
очистки нефтесодержащих сточных вод широко используются реагентные
методы, включая адсорбцию. Адсорбция является практически единствен-
ным методом, позволяющим очищать сточные воды от нефтепродуктов до
требуемого уровня без применения внесения в сточную воду каких-либо
дополнительных вторичных загрязнений.
В качестве адсорбента используют природные либо искусственные
пористые материалы. Адсорбенты, выпускаемые промышленностью,
должны удовлетворять стандартным показателям, среди которых основ-
ными являются сорбционная емкость, прочность на истирание и др.
Химическая очистка. Химическая очистка основывается на окисли-
тельных реакциях соединений веществ и кислорода. В процессе реакции
окисления происходит освобождение электронов или ионов. Популярными
методами химической очистки являются озонирование и хлорирование. В
процессе хлорирования очищаемые сточные воды вода обезвреживаются
хлором или его соединениями. При этом удаляются органические и неор-
ганические соединения. При озонировании одновременно происходит
обезвреживание и обесцвечиванием, дезодорация и обогащение кислоро-
дом очищаемых сточных вод. При повышении температуры и рН возраста-
ет способность растворения озона. Озонирование не изменяет солевой со-
став воды и не приводит к образованию продуктов распада.
Биологическая очистка
Схема биологической очистки сточных вод приведена на рис. 13.
Использование предыдущих способов очистки нефтесодержащих сточных
вод не позволяет в полной мере удалить все нефтяные примеси загрязне-
ний, поэтому, как правило, дополнительно используют биологический ме-
тод.
35
Рис. 13. Схема станции биологической очистки сточных вод
Биологический метод подробно описан очень многими авторами,
включая [2, 4, 7, 16, 27, 34]. Многие микроорганизмы в процессе своей
жизнедеятельности питаются органическими веществами из сточных вод,
превращая их в безопасные продукты окисления. В очистных сооружениях
активно развиваются простые бактерии и микроорганизмы [32]. На сего-
дняшний день существует более тысячи простых организмов, питающихся
различными углеводородами. Среди них известны дрожжи Candida, пита-
ющиеся нефтяными парафинами. Биологическую очистку проводят на
специальных установках (рис. 14) [9].
Микроорганизмы способны активизировать деструкцию нефти, не
являются патогенными и токсичными, разлагают компоненты нефти, лег-
ко приспосабливаются в соленой среде [32].