Очистка нефтесодержащих сточных вод

В настоящее время существуют две основные проблемы: сбор нефтепродуктов и очистка воды при разливе их на водной акватории; очистка сточных вод промышленных предприятий.

«Мировой рекорд» по загрязнению океана нефтью, зафиксированный Книгой рекордов Гиннеса, принадлежит Мексике: в результате аварии в Мексиканском заливе в июле – августе 1979 года в воду вылилось 535 тысяч тонн нефти, диаметр нефтяного пятна достиг 640 км, ликвидация аварии стоила 131,6 млн. долларов.

Систематически происходят аварийные разливы нефти в России, потери нефти и нефтепродуктов за счет аварийных ситуаций достигают более 5 млн. тонн.

При ликвидации разлива нефти следует выделить две главные задачи: быстрая ликвидация разлива за счет максимального ограничения распространения нефти на водной поверхности (боны, пожарные катера, направляющие водные струи в нужном направлении); сбор разлитой нефти с последующей ликвидацией радужной пленки (нефтесборщики - центробежные, всасывающие, пороговые и другие нефтеловушки).

Сбор нефти с поверхности воды можно осуществлять с помощью химических методов, которые предполагают использование ПАВ – диспергентов, обладающих эмульгирующими свойствами, а также использование сорбентов, так как все механические устройства становятся неэффективными при толщине пленки нефти менее 1 мм.

Окончательную очистку водной поверхности от оставшихся радужных пленок целесообразно осуществлять микробиологическими способами, с использованием специальных микроорганизмов, обладающих высоко выраженной окислительной активностью.

Очевидно, что очистка нефтесодержащих стоков является достаточно сложной проблемой, требует применения комбинированных технологий, включающих механические, физико-химические и биохимические методы очистки.

Приведены способы очистки промышленных нефтесодержащих стоков (табл. 1.7.1.)

Биологические методы

Сточные воды, прошедшие механическую и физико-химическую очистку, содержат еще достаточно большое количество растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов, а также других органических загрязнений и не могут быть выпущены в водоем без дальнейшей очистки.

Таблица 1.7.1.

Классификация способов очистки нефтесодержащих вод и достигаемая эффективность

Способ очистки	Допустимая начальная концентрация нефтепродуктов в стоках	Достигаемая глубина очистки, мг/л	Примечание
1.Механический (отстаивание)	>1000	40 – 1000	Не очищает от эмульгированных продуктов
2. Физико-химический
- флотация		20 – 50	Степень очистки зависит от условий флотации
- коалесценция		10 – 15	Частично очищает от эмульгированных примесей
- адсорбция		1 – 3	Очищает от эмульгированных нефтепродуктов (после предварительной очистки)
- химический		1 – 10	Применяется в сочетании с фильтрацией и отстаиванием
3. Биохимический (с помощью аэробных микроорганизмов)		1 - 100	Обязательное предварительное отстаивание, очищает от эмульгированных нефтепродуктов

Наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений биологический метод. Он основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности [31].

Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления - H₂O, CO₂, NO₃^-, SO₄^2- и др. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении.

Использование биологического метода обусловлено его достоинствами: возможностью удалять из сточных вод разнообразные загрязняющие вещества; простотой аппаратурного оформления; относительно невысокими эксплуатационными расходами. К недостаткам метода следует отнести большие капитальные затраты очистки, токсическое действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений, необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Процесс изъятия и потребления микроорганизмами органических примесей сточных вод происходит в основном из трех стадий:

· массопереноса органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки;

· диффузии вещества и кислорода через полунепроницаемую мембрану клетки

· метаболизма диффундированных веществ, сопровождающегося приростом биомассы, выделением энергии, диоксида углерода и т.д. Процессы переноса и сорбции органических веществ микроорганизмами существенного значения в механизме биологической очистки сточных вод не имеют. Основная роль принадлежит процессам превращения вещества внутри клетки.

В результате этих превращений формируются биоценозы микроорганизмов, состав которых зависит от характера примесей сточных вод, исходного посевного материала и условий проведения процесса очистки сточных вод [32].

Биоценозом аэротенков является активный ил. Активный ил – это амфотерный коллоид, имеющий в интервале значений рН = 4-9 отрицательный заряд. Поверхность колоний бактерий, образующих хлопья активного ила, достигает 100 м² на 1 г сухого ила.

Элементный хими­ческий состав активных илов достаточно близок и для городских сточных вод имеет формулу – С₅₄Н₂₁₂О₈₂N₈S₇. Сухое вещество активного ила содержит 70¸90 % органических и 10¸30 % неорганических веществ. Кроме живых орга­низмов, в иле содержится субстрат - различные твердые остатки, к которым крепятся микроорганизмы. По внешнему виду активный ил представляет собой комочки и хлопья размером 3¸150 мкм с высокой удельной поверхностью ила.

Биоценоз активного ила представлен в основном 12 видами микроорганизмов и простейших. Биоценоз активных илов состоит из бактерий, простейших, плесневых грибов, дрожжей, актиномицет, личинок насекомых, рачков, водорослей и др. Основное разрушение органических загрязнений в стоках осуществляется бактериями. В 1 м³ ила содержится 2-10¹⁴ бактерий. В активном иле они находятся в виде скоп­лений, окруженных слизистым слоем (зооглеи). Бактерии представлены такими типами, как псевдомонас, бациллус, нитробактер, нитросомонас и др. В активных илах встречаются четыре вида простейших: саркодовые, жгути­ковые, реснитчатые и сосущие инфузории, которые поглощают большое количе­ство бактерий, поддерживая их оптимальное количество (одна инфузория в сред­нем поглощает от 20 до 40 тысяч бактерий). Они способствуют осаждению ила и осветлению сточных вод во вторичных отстойниках. Находящиеся на следующем трофическом уровне коловратки питаются бактериями и простейшими. Состав биоценоза ила зависит от наличия и концентрации в сточной воде разнообразных органических веществ. Только основная группа бактерий (80¸90%) участвует в процессе очистки сточных вод, остальное содержание ила составляют сопутствующие группы микробов. При высоком содержании органики в сточной воде преобладают гетеротрофные бактерии, при снижении питательных веществ увеличивается количество хищных простейших.

Состояние активного ила характеризует иловый индекс, который зави­сит от способности ила к осаждению. Крупные хлопья оседают быстрее, чем мел­кие.

Биоценозом биологических фильтров является биопленка. Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых образо­ваний толщиной 1¸2 мм. Видовой состав биопленки более разнообразен, чем активного ила. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей, личинок насеко­мых, червей, клещей и других организмов. В 1 м³ биопленки содержится 10¹² бактерий.

В последние годы заметно возрос интерес к биофильтрам.

Биофильтры представляют собой железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом, который укладывается на дырчатое днище и орошается сточными водами. Для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, пластмассу и др. Очистка сточных вод в биофильтрах происходит под воздействием микроорганизмов, заселяющих поверхность загрузки и образующих биологическую пленку. При контакте сточной жидкости с этой пленкой микроорганизмы извлекают из воды органические вещества, в результате чего сточная вода очищается.

Биологические фильтры для очистки производственных сточных вод применяют как основные сооружения при одноступенчатой схеме очистки или в качестве сооружений первой или второй ступени при двухступенчатой схеме биологической очистки. Биологические фильтры проектируют в виде резервуаров со сплошными стенками и двойным дном: нижним - сплошным, а верхним - решетчатым (колосниковая решетка) для поддержания загрузки [33].

Капельные биофильтры устраивают с естественной аэрацией, высоконагружаемые - как с естественной, так и с искусственной аэрацией (аэрофильтры). Естественную аэрацию биофильтров предусматривают через окна, располагаемые равномерно по их периметру в пределах междудонного пространства и оборудуемые устройствами, позволяющими закрывать их наглухо. Площадь окон составляет 1-5 % площади биофильтра. В аэрофильтрах предусматривают подачу воздуха в междудонное пространство вентиляторами с давлением у ввода 980 Па (100мм вод.ст.).

На отводных трубопроводах аэрофильтров предусматривают устройство гидравлических затворов высотой 200 мм.

В качестве загрузочного материала для биофильтров применяют щебень или гальку прочных горных пород, керамзит, а также пластмассы, способные выдержать температуру от 6 до 30°С без потери прочности.

Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары длиной 30-100 м и более, шириной 3-10 м и глубиной 3-5 м. Очистка сточных вод в аэротенках происходит под воздействием скоплений микроорганизмов (активного ила). Для нормальной их жизнедеятельности в аэротенки подают воздух и питательные вещества.

Эффективность процесса очистки в аэротенках, качественное состояние и окислительная способность активного ила определяются условиями, к которым относятся: состав и свойства сточных вод, гидродинамические условия перемешивания, соотношение количества поданных загрязнений и жизнеспособного ила, кислородный режим сооружения, температура, активная реакция среды, наличие элементов питания, присутствие активаторов или ингибиторов процесса и др.

Диспергирование воздуха в воде проводят с помощью механических и пневматических аэраторов. Пневматические аэраторы подразделяются в зависимости от размера аэрируемых пузырьков: мелкопузырчатые, среднепузырчатые и крупнопузырчатые.

При механической и пневматической системах аэрации происходит перемешивание иловой смеси и воздуха с помощью механических устройств. Механические аэраторы подразделяются на аэраторы малого и глубокого погружения. Аэраторы малого погружения насыщают воздухом поверхностный слой воды и затем насыщенную кислородом воду перемешивают за счет своей энергетической мощности. Аэраторы глубокого погружения перемешивают придонные слои воды с воздухом. Дальнейшее перемешивание всего объема воды происходит без энергии аэратора.

Преимущества механических аэраторов - высокая эффективность и экономичность, а также отсутствие необходимости в строительстве воздуходувных станций и коммуникаций.

Для биологической очистки небольших количеств смеси сточных вод, в которой преобладают бытовые сточные воды, могут применяться аэротенки-отстойники, конструктивно обеспечивающие объединение двух технологических процессов очистки.

Биологический метод характеризуется следующими преимуществами: непрерывность процесса, значительное сокращение количества образующегося осадка по сравнению с реагентными способами, снижение эксплуатационных затрат по сравнению с химическими и физико – химическими способами.

Биохимическая очистка сточных вод применяется обычно в сочетании с механической и физико – механической очисткой, обычно на последней стадии.

Выводы:

Анализируя современное состояние методов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, следует отметить, что на большинстве предприятий в технологических схемах очистки предусматривается обработка стоков реагентами. Однако при реагентной очистке сточных вод образуется значительное количество осадков и увеличивается общее солесодержание, что затрудняет внедрение водооборота и приводит к необходимости поиска и разработки способов очистки, позволяющих с небольшими затратами достигать необходимого эффекта. Наиболее перспективными могут быть комбинированные способы очистки, обеспечивающие извлечение основной массы загрязняющих веществ.

Наиболее прогрессивные – электрохимические способы. Они позволяют корректировать физико-химические свойства обрабатываемой воды, концентрировать и извлекать ценные химические продукты и металлы, значительно упростить технологические схемы. Во многих случаях электрохимические способы являются экологически чистыми, исключающими вторичное загрязнение воды анионными и катионными остатками, характерными для реагентных способов. Высокой степенью очистки характеризуются такие способы, как сорбционные, флотационные и биологические.

Наиболее эффективными являются комбинированные способы очистки, которые обеспечивают извлечение основной массы загрязняющих веществ.

2. Оценка качества сточных вод предприятия ОАО «Кольчугинский завод «Электрокабель»»