Очищення води від нафтопродуктів: способи очищення стоків

1. Види і основні джерела нафтових і нафтопродуктових забруднень
2. Методи очищення стічних вод від нафтопродуктів
3. Методи механічного очищення стоків
4. Очищення хімічними методами
5. Методи фізико-хімічної очистки
6. Очищення стічних вод біологічними методами

Як здійснюється очищення стічних вод від нафтопродуктів?

Регулярне забруднення природних джерел води промисловими відходами призводить до того, що їх здатність до самоочищення втрачається. У деяких регіонах нашої країни до 50-ти відсотків усіх захворювань, так чи інакше, пов'язане з низькою якістю питної води. Тільки його поліпшення, на думку фахівців, дасть можливість збільшити показник середньої тривалості життя росіян на термін від п'яти до семи років.

Тому забезпечення відповідності питної води встановленим санітарним нормам є одним із пріоритетних завдань організацій, що відповідають за водопостачання.

Методи очищення стічних вод від нафтопродуктів досить різноманітні. Розглянемо їх більш детально.

Види і основні джерела нафтових і нафтопродуктових забруднень

Один з найбільш поширених техногенних видів забруднень води, внаслідок якого її можна не тільки пити, але і часто застосовувати для промислових потреб - це домішки різних нафтопродуктів.

Серед досить великого списку всіляких видів забруднень в окрему групу фахівці виділяють неідентифіковані нафтові вуглеводні.

У неї входять:

• мазутні домішки;
• гасові забруднення;
• бензинові забруднення;
• домішки різних нафтових масел.

Всі перераховані вище сполуки високотоксичні, через що вкрай небезпечні для екологічного стану навколишнього середовища. Ці нафтові домішки заносяться в грунт разом зі стоками, а вже з неї поширюються по природним і штучним водоймам, на яких і встановлені водозабори, що забезпечують цивільні і промислові об'єкти.

Нафтові і нафтопродуктові домішки поділяються на такі категорії:

• легко віддільні;
• трудноудаляємиє;
• розчинні.

Трудноудаляємиє види домішок, як правило, знаходяться в краплинному (грубодисперсними) стані. Залежно від їх кількості, вони можуть утворювати на водній поверхні або плаваючу плівку, або цілісний поверхневий шар. Такі домішки становлять більшу частину нафтових забруднень.

Легко віддільні домішки становлять набагато меншу частину. В основному при з'єднанні їх з водою утворюється в емульсія. Якщо вчасно не вжити заходів по її видаленню, то вона, внаслідок своєї високої стійкості, може зберігатися у воді тривалий час. Однак, відповідна обробка забрудненої емульсією води переводить цей вид домішок в такий стан, що з легкістю можна видалити.

Розчинних з'єднань - ще менше, оскільки органічні компоненти, що складають структуру нафти і нафтопродуктів, погано розчиняються у воді. Однак, концентрація нафтопродуктів, точніше - їх водорозчинних сполук, при тривалому контакті забруднень з водою поступово збільшується.

Наведемо приклад: практичні дослідження, проведені фахівцями, привели до наступних результатів - в разі збільшення тривалості безпосереднього контакту води і нафтопродуктів з двох годин до п'яти діб концентрація зростає в такий спосіб:

№ Корисна інформація 1 нафти - з 0,2 до 1,4 міліграмів на літр 2 дизельного палива - з 0,2 до 0,8 міліграмів на літр

Якщо говорити про розчинність бензину різних марок, то вона, крім тривалості контакту з водою, також залежить від концентрації в паливі метильних і метиленових хімічних сполук. Тому рівноважна концентрація бензинів, розчинених у воді, варіюється (в залежності від марки) від 12-ти до 34-х міліграмів на один літр.

До основних джерел такого роду водних забруднень відносяться:

1. нафтосховища;
2. нафтопереробні підприємства (НПЗ);
3. підприємства, які забезпечують транспортування нафти і нафтопродуктів;
4. нафтоперевалочного бази (роздача палива);
5. інші підприємства, що входять в паливно-енергетичній комплекс.

Технологічні процеси більшості перерахованих вище підприємств допускаю розливи нафтопродуктів і сирої нафти, а також передбачають такі процеси, як: миття обладнання і резервуарів за допомогою води або водних розчинів; злив конденсату, який утворює висока концентрація парів нафтопродуктів і води, забрудненої нафтопродуктами; попадання в промислові стоки оборотної води, забрудненої нафтовими домішками через підшипники і сальники, що застосовується. Крім цього, забруднені нафтопродуктами стічні води утворюються в випадках порушення герметичності ємностей для зберігання таких продуктів, і в результаті процесу конденсації вологи з повітря.

Не можна не сказати і ще про один чинник, що провокує забруднення. У деяких різновидах нафтопродуктів (наприклад, в паливі різних марок) можуть міститися до двох відсотків різних добавок, які в разі тривалого зберігання здатні випадати в осад. У таких випадках промивка обладнання призводить до потрапляння цих добавок в промислові стоки. Хоча частка забруднень цього типу і невелика, але найчастіше такі речовини мають підвищену токсичністю, вельми небезпечною для людського організму.

Щоб звести до мінімуму ймовірність забруднення водойм відходами нафти і нафтопродуктів, що надходять з промисловими стоками з підприємств паливно-енергетичного комплексу, необхідно приділити особливу увагу тому, щоб очищення стічних вод від нафтопродуктів була максимально ефективною, і максимальному посилення контролю вмісту нафтових домішок в воді, що використовується.

Очищення води від нафтопродуктів, як правило, відбувається на очисних спорудах локального, районного, міського та загального типу.

Наприклад, на великих нафтобазах і перекачувальних станціях магістральних нафтопроводів найчастіше використовуються загальні типи очисних споруд. Локальні очисні споруди зазвичай застосовуються на тих підприємствах, де існує підвищений ризик потрапляння в стоки великих кількостей сирої нафти і продуктів нафтопереробки. Такі засоби очищення дають можливість знешкоджувати стоки відразу після операцій технологічного процесу. Оброблені на цих очисних стічні води або відразу скидаються в природні водойми, або направляються для додаткової обробки на очисні споруди районного або міського типу.

Методи очищення стічних вод від нафтопродуктів

Основними методами очищення стічних вод від домішок нафти і нафтопродуктів є:

• механічні методи;
• хімічні способи;
• фізико-хімічні методики;
• біологічні методи очищення.

Надалі в статті будуть використані наступні терміни:

1. уявна густина - це маса сухого матеріалу, поділена на загальний його обсяг;
2. загальний обсяг - це сума всіх обсягів твердої фази закритих і відкритих пір взятого зразка;
3. дійсна густина - це маси матеріалу, що ділиться на його істинний обсяг.

Методи механічного очищення стоків

В якості самостійного способу механічна очистка стічних вод застосовується в тих випадках, коли очищена таким методом вода придатна або для використання для потреб технологічного виробничого процесу, або може бути спущена в природна водойма без нанесення будь-якої шкоди його екологічного стану.

У всіх інших випадках цей метод служить для первинного очищення води від домішок нафтопродуктів. Механічний метод очищення дає можливість видалити від 60-ти до 65-ти відсотків зважених часток різних речовин.

Найбільш часто використовуваними методами механічного очищення стоків від нафтових і нафтопродуктових забруднень є:

• відстоювання;
• відцентрове видалення забруднюючих воду домішок;
• фільтрація.

Під час відстоювання ті домішки, щільність яких вище, ніж щільність води, осідають на дно, а ті домішки, чия щільність, навпаки, нижче водяний, спливають на поверхню. Споруди для такого способу механічного очищення називаються відстійники. Вони являють собою резервуари, що знаходиться в яких стічна вода очищається, перебуваючи в стані спокою.

На підприємствах нафтовидобутку, нафтопереробки і нафтотранспорту, як правило, використовуються так звані статичні види відстійників. Витримка в них стоків протягом від шести годин до доби дозволяє видалити від 90 до 95 відсотків легко відокремлюваних видів забруднень і деяку (правда, досить незначну) частина домішок трудноудаляємиє типу.

Принцип дії динамічних відстійників заснований на видаленні частини нафтових і нафтопродуктових домішок в потоці води. Такі види відстійників можуть бути як горизонтальними, так і вертикальними. Як зрозуміло з назви, вода в динамічних відстійниках першого типу рухається в горизонтальному напрямку, а в вертикальних очищається вода тече знизу вгору. Такий динамічний відстійник складається з наступних основних елементів:

1. корпусу нефтеловушки;
2. гидроельоватора;
3. нафтозбиральних труби;
4. перегородки;
5. скребкового транспортера.

Крім того, відстійники динамічного типу забезпечені спеціальними пристроями, що дозволяють збирати осіли на дно опади і спливли на поверхню забруднення.

За такою ознакою, як вид видаляється забруднення, відстійники горизонтального типу ділять на:

• нефтеловушки;
• пісколовки;
• жироловки;
• бензоловкі;
• мазутоловкі.

Як правило, всі нефтеловушки та інші очисні апарати такого типу мають приблизно однаковою конструкцією, в яку входять розташовані в горизонтальній площині резервуари, всередині забезпечені двома перегородками (одна - біля дна, друга - біля кришки).

В повільно тече по горизонталі воді відбувається осідання речовин з більшою щільністю і спливання речовин з меншою. При цьому одна з перегородок, яка встановлена ​​біля кришки нефтеловушки, затримує домішки на поверхні води, що очищається, а друга, яка знаходиться ближче до дна нефтеловушки, утримує осідають вниз забруднення.

Крім описаних вище очисних відстійників, для видалення нафтових забруднень також застосовуються апарати, принцип дії яких заснований на дії відцентрових сил. Як правило, для такого методу використовуються апарати, звані гідроциклонами.

Гідроциклони бувають двох видів - безнапірні (відкриті) і напірні.

У гидроциклонах напірного типу, в апарат очищається вода подається під тиском, через спеціальний патрубок, розташований тангенціально. Це дозволяє створити уздовж конічних і циліндричних стінок гидроциклона спіралевидні потік, в результаті чого шкідливі домішки опускаються в нижню частину апарата. Очищена таким способом вода виливається через відвідну трубу, яка розташована центрально у верхній частині гідроциклону. Показник видобутих таким способом нафтових домішок і домішок різних нафтопродуктів може досягати значення 70 відсотків.

Конструкція гидроциклонов безнапірного (відкритого) типу дозволяє створювати спіралевидні потік очищаються стоків за рахунок відкачування стічних вод, яка відбувається з патрубка, розташованого в нижній частині гідроциклону тангенциально. В такому гидроциклоне поверхнева нафтова і нафтопродуктова плівка концентрується в центральній частині апарату, а потім виводиться через патрубок скидання, розташований по центру.

Щоб ефективно видалити зі стічних вод нафтові забруднення, які знаходяться в в'язко-текучому або рідкому агрегатному стані, нерідко застосовують такий спосіб очищення, як фільтрація.

Цей метод традиційно використовується для видалення домішок, представлених дрібними твердими частинками, які затримуються або спеціальними сітками, або пористими зернистими матеріалами або тканинами.

Однак, очищення стоків методом фільтрування від нафтових і нафтопродуктових домішок заснована тому, що в'язкі частинки зазначених домішок прилипають до поверхні матеріалу фільтра.

Грубодисперсні частки нафтопродуктів затримуються за допомогою сіток, виготовлених з різних матеріалів, а також за допомогою спеціальної фільтрувальної тканини. Така фільтрація відбувається в мікрофільтр, які представляють собою обертові барабани, в яких щільно закріплені фільтруючі матеріали. Діаметр таких барабанів, які обертаються в горизонтальній площині, варіюється від півтора до трьох метрів.

Принцип такого фільтрування полягає в наступному: стічні води, забруднені нафтопродуктовому домішками, надходять всередину обертових фільтрувальних барабанів, а очищена вода виходить назовні крізь фільтруючі матеріали. Саме фільтрування засноване на різниці рівнів води, що очищається всередині барабана і і зовні його.

Глибоке очищення води від шкідливих нафтових забруднень має на увазі використання для фільтрування каркасних каркасного типу. В якості фільтруючих матеріалів в таких фільтрах використовуються:

• зернисті пористі матеріали:
• кварцевий пісок;
• антрацит;
• керамзит;
• котельний або металургійний шлак;
• пінополістирол.

Ця група фільтруючих матеріалів володіє адгезійними властивостями по відношенню до нафти і її похідних.

• еластичні і волокнисті матеріали:
• синтетичні неткані;
• еластичні пористі (наприклад, пінополіуретан).

Крім своїх високих сорбційних властивостей, ці матеріали за рахунок пухкості своєї структури мають також підвищеним рівнем грязеёмкості. Такому фільтруючий матеріал, як пінополіуретан, використовується в якості основи при виготовленні фільтрів, які передбачають еластичну завантаження. Така технологія спеціально розроблялася саме для очищення стічних вод від нафтових і нафтопродуктових домішок.

Використання пінополіуретану обумовлено достатньою високим ступенем його еластичності, а також механічною міцністю, високою хімічною стійкістю і особливими гідрофобними властивостями цього матеріалу. Крім перерахованих переваг, пінополіуретан має низьку уявну щільність, яка коливається в межах від 25-ти до 60-ти кілограмів на кубометр, а також володіє відкритою комірчастою структурою з високим ступенем розгалуженості пір, чиї середні діаметри варіюються від 0,8 до 1,2 міліметра.

Перераховані фільтраційні матеріали обох груп схожі між собою за технологією застосування в очищенні, але мають серйозні відмінності між собою за способами регенерації середовища фільтрування, а також за показником грязеёмкості. При будь-фільтрації стоків в фільтраційних матеріалах скупчуються затримані ними шкідливі домішки. Поступово межа насичення цими забрудненнями зміщується від зовнішньої поверхні матеріалу фільтра вглиб нього.

Цей процес триває дл тих пір, поки фільтровані домішки не стануть виявлятися в відфільтрованої воді. Тривалість цього процесу безпосередньо залежить саме від такого показника, як грязеёмкость.

Третя група матеріалів для фільтрування нафтових забруднень має зовсім інший механізм дії.

• фільтрувальна коалесцирует середу.

У минулому такі фільтрувальні середовища створювалися за допомогою зернистих сипучих пористих матеріалів, таких, як кварц, силікатна пісок, гравій, подрібнені мармур і антрацит, кільця Рашига, керамічна крихта і деякі види синтетичних зернистих полімерів. В даний час все більшу популярність набирають сорбційні фільтруючі матеріали природного походження, такі, як шунгітовие породи. Дослідженнями доведено, що такий фільтруючий матеріал володіє достатньою ефективністю при очищенні водних стоків від плаваючих вільних нафтопродуктових плівок, а також від зважених речовин в тонкодисперсном стані (розмір часток - приблизно три мікрометра).

Як правило, в породах шунгітового типу містяться:

1. вуглець - від 25-ти до 30-ти відсотків;
2. оксид кремнію - трохи менше 55-ти відсотків;
3. оксид алюмінію - близько 4-х відсотків;
4. інше - різні домішки.

При проходженні забрудненої нафтою або нафтопродуктами води крізь тонкі канали такого матеріалу, дрібні частинки нафтових домішок починають руйнуватися і переходять в емульгованих (нестійке) стан. Після виходу води, що очищається з такою фільтраційної середовища, нафтопродуктові забруднення збираються у великі грязьові частки, діаметр яких становить кілька міліметрів. Вони скупчуються на поверхні освітленого стоку і легко витягуються з нього.

Очищення хімічними методами

Суть всіх таких методик - це додавання в очищаються стічні води спеціально розроблених хімічних реагентах, що вступають в реакцію з нафтовими забрудненнями і нафтопродуктами. Найчастіше такі хімічні речовини викликають випадання домішок у вигляді опадів.

Це найчастіше обумовлено окисленням вуглеводневих складових нафти і її похідних. Один з таких способів хімічної очистки стоків від нафтових забруднень - хімічне озонування.

Методи фізико-хімічної очистки

Основними способами фізико-хімічної очистки стічних вод є:

• коагуляція;
• флотация;
• сорбція.

Суть коагуляції - прискорене перетворення тонкодисперсних (розміри частинок - від 1-го до 100 мікрометрів) і емульгованих видів забруднень в освіти більшого розміру, які потім випадають у вигляді осаду. Як правило, цей процес стимулюють особливі хімічні реагенти, звані коагулянтами.

Їх дія призводить до утворення у воді пластівців, що володіють слабким електростатичним позитивним зарядом. Такі пластівці починають взаємодіяти з нафтовими домішками, які знаходяться в колоїдному стані, і теж мають слабкий електростатичний заряд. Коагулянт електростатично притягує ці домішки, в результаті чого вони, підкоряючись дії сили тяжіння, випадають у вигляді осаду пухкої структури на дно очисного резервуара. Потім їх звідти з легкістю видаляють.

Процес флотації, навпаки, призводить до утворення на поверхні води, що очищається стійкої піни, за допомогою якої захоплюються і утримуються досить довгий час шкідливі домішки нафти і її похідних. Такий пінний шар теж без проблем відділяється від очищених стоків. Основу вищеописаної піни становить стійке з'єднання повітряних або газових пухирців з нафтопродуктовому частинками.

За такою ознакою, як принцип освіти флотаційних бульбашок, цей процес поділяється на:

• механічну флотацию;
• вакуумну флотацию;
• електрофлотаціі.

Механічна флотация увазі піноутворення, яке викликається шляхом дроблення водних крапель повітряним потоком, створюваним за допомогою спеціальних турбін, званих Імпелери. У цьому процесі також використовуються або форсунки, або пористі пластини.

Принцип вакуумної флотації полягає в створенні зони розрядження всередині камери вакуумного флотатора. У цих виряджених умовах повітря, розчинений у воді, виділяється у формі бульбашок.

Електрофлотація для створення піни вимагає пропускання постійного електроструму через воду, що очищається, в якій присутні нафтові забруднення. Результатом цього процесу є насичення води газоподібними водневими бульбашками, які утворюються на катоді.

Однак найвищий ступінь очищення нафтових стоків досягається тільки після застосування методу сорбції.

Фізико-хімічні очисні методики характеризують сорбцію як поглинання з очищується води сорбентом твердої консистенції присутніх в ній шкідливих домішок, в тому числі і нафтопродуктових. Сорбентами можуть виступати найрізноманітніші матеріали, що мають пористу структуру: торф, кокс, зола, силікатна гель і різноманітні види активних глин. Сорбентами з найбільшим показником ефективності фахівці вважають різні види активованого вугілля.

Це обумовлено високим показником їх пористості, а також великою величиною їх питомої поверхні. Пористість цього матеріалу варіюється від 60-ти до 70-ти відсотків, а показник його питомої поверхні (в залежності від того, за якою технологією таке вугілля виготовлений) коливається від п'ятисот до півтори тисячі квадратних метрів на один грам.

Очищення стічних вод біологічними методами

В даний час багато фахівців сходяться на думці, що біологічні очисні методики є найперспективнішим напрямом в цій області.

Суть цих методів полягає у використанні для очищення води від нафти і її похідних здібностей різних мікроорганізмів до розщеплення і засвоєнню шкідливих домішок.

Іншими словами, нафта-сирець та нафтопродукти використовуються ними в процесі своєї життєдіяльності як джерела живлення. Результатом застосування біологічних методів очищення окислення нафтопродуктових домішок перетворює їх в абсолютно безпечні продукти: вуглекислий газ, звичайну воду, нітратні і сульфатні солі та інші нешкідливі з'єднання.

Застосування біологічних методів очищення стоків від домішок нафти і е похідних має на увазі застосування спеціальних аеротенків і біологічних фільтрів.

Як правило, біологічні фільтри є великими залізобетонними резервуарами, обладнаними дірчастими днищами. Усередині цих резервуарів знаходиться зернистий фільтраційний матеріал: щебінь, шлак або гранульована пластмаса. Цей фільтруючий матеріал піддається зрошенню особливим середовищем, що містить мікроорганізми.

Сам процес очищення нафтопродуктових стоків забезпечується життєдіяльністю цих мікроорганізмів, що заселили фільтруючу поверхню і утворили на ній так звану біологічну плівку.

Застосування для біологічного очищення води від нафти і нафтопродуктів аеротенків є більш досконалою і просунутою технологією. Аеротенки являють собою резервуари довжиною до 100 метрів, виконані із залізобетону. У ці резервуари, крім самих стічних вод, подається ще й барботируемом повітря, який сприяє більш продуктивному розвитку очищають воду мікроорганізмів.

В результаті на поверхні фільтруючого матеріалу утворюється так званий активний мул, дія якого призводить до активного розкладання домішок нафти і її похідних. Сам активний мул є скупченням мікроорганізмів декількох видів. Один з цих видів відповідає за розщеплення нафтових забруднень на нешкідливі для екології речовини, і одночасно виступає в якості джерела живлення для інших присутніх в мулі мікроорганізмів.

Якщо створити в аеротенках оптимальні умови, то в ньому буде відбуватися не тільки сама очищення стоків, а й будуть ефективно функціонувати всі види співтовариства мікроорганізмів. При цьому не буде відбуватися загибель будь-якого виду представленого спільноти, а біомаса НЕ буде надмірно наростати.

При оцінці ефективності очисних заходів, виконуваних для видалення зі стоків нафтових і нафтопродуктових забруднень, незалежно від застосовуваної методики, використовують такі якісні критерії одержуваної на виході води:

• зміст в очищеній воді зважених речовин;
• вміст нафтопродуктів в очищених стоках;
• рівень рН;
• біологічне споживання кисню.

Високий ступінь індустріалізації сучасного суспільства призводить до того, що в процесі своєї господарської діяльності людина завдає істотної шкоди екології навколишнього його середовища. У зв'язку з цим, питання екологічної безпеки взагалі, і очищення води від нафтових і нафтопродуктових забруднень - зокрема, є дуже важливими і актуальними.

Фахівці пропонують кілька методик ефективного видалення нафтових та інших забруднень, проте їх впровадження вимагає істотних матеріальних вкладень, оскільки багато підприємств паливно-енергетичного комплексу побудовані ще в минулому столітті, і створення на їх територіях сучасних очисних комплексів призводить до необхідності зупинки деяких технологічних процесів. Зрозуміло, це призводить до серйозних економічних збитків.

Однак, необхідність створення засобів екологічного захисту на підприємствах паливно-енергетичного комплексу зрозуміла всім, і для зміни ситуації в кращу сторону необхідна не тільки добра воля керівництва самих підприємств, а й заходи державного впливу, такі, як збільшення розмірів штрафів для екологічно небезпечних підприємств, обмеження їх діяльності або взагалі повна зупинка виробництва. Тільки в таких умовах можливе створення ефективного комплексу споруд для захисту екологічного стану середовища нашого існування.

Флотатор для очищення стічних вод. Виробник - "НВО Екосистема"