Установка для очистки и обезвреживания сточных вод от нефтепродуктов

Разумное комплексное потребление воды в условиях постоянно увеличивающихся объемов ее расходования становится сложной технологической, технической и экономической задачей. Рациональное использование воды во многих технологических процессах включает в себя несколько направлений: снижение удельного потребления воды; организация оборотного водопотребления; применение технологических схем и оборудования для очистки воды, которые требовали бы минимального расхода пополняемой воды и не загрязняли окружающую природную среду; разработка научно обоснованных норм расхода воды; расширение использования сточных вод; повышение эффективности очистки сточных вод; совершенствование процессов в направлении более полного использования отходов производства для уменьшения потребности в очистных сооружениях.
Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Нефть и продукты ее переработки представляют собой чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь веществ (низко- и высокомолекулярные предельные, непредельные алифатические, нафтеновые, ароматические углеводороды, кислородные, азотистые, сернистые соединения, а также ненасыщенные гетероциклические соединения типа смол, асфальтенов, ангидридов асфальтеновых кислот). Понятие «нефтепродукты» в гидрохимии условно ограничивается только углеводородной фракцией (алифатические, ароматические, алициклические углеводороды).
Большие количества нефтепродуктов поступают в поверхностные воды при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами [1]. Некоторые количества углеводородов поступают в воду в результате прижизненных выделений растительными и животными организмами, а также в результате их посмертного разложения.
В результате протекающих в водоеме процессов испарения, сорбции, биохимического и химического окисления концентрация нефтепродуктов может существенно снижаться, при этом значительным изменениям может подвергаться их химический состав. Наиболее устойчивы ароматические углеводороды, наименее — н-алканы.
Нефтепродукты находятся в различных миграционных формах: растворенной, эмульгированной, сорбированной на твердых частицах взвесей и донных отложений, в виде пленки на поверхности воды. Обычно в момент поступления масса нефтепродуктов сосредоточена в пленке. По мере удаления от источника загрязнения происходит перераспределение между основными формами миграции, направленное в сторону повышения доли растворенных, эмульгированных, сорбированных нефтепродуктов. Количественное соотношение этих форм определяется комплексом факторов, важнейшими из которых являются условия поступления нефтепродуктов в водный объект, расстояние от места сброса, скорость течения и перемешивания водных масс, характер и степень загрязненности природных вод, а также состав нефтепродуктов, их вязкость, растворимость, плотность, температура кипения компонентов. При санитарно-химическом контроле определяют, как правило, сумму растворенных, эмульгированных и сорбированных форм нефти.
Фоновое содержание нефтепродуктов в речных, озерных, морских, подземных водах и атмосферных осадках колеблется в довольно широких пределах и обычно составляет сотые и десятые доли мг/дм3 [2].
Неблагоприятное воздействие нефтепродуктов сказывается различными способами на организме человека, животном мире, водной растительности, физическом, химическом и биологическом состоянии водоема. Входящие в состав нефтепродуктов низкомолекулярные алифатические, нафтеновые и особенно ароматические углеводороды оказывают токсическое и в некоторой степени наркотическое воздействие на организм, поражая сердечно-сосудистую и нервную системы. Наибольшую опасность представляют полициклические конденсированные углеводороды типа 3,4-бензапирена, обладающие канцерогенными свойствами. Нефтепродукты обволакивают оперение птиц, поверхность тела и органы других обитателей водных пространств, вызывая заболевания и гибель.
Отрицательное влияние нефтепродуктов, особенно в концентрации 0,001-10 мг/дм3, и присутствие их в виде пленки сказывается и на развитии высшей водной растительности и микрофитов. В присутствии нефтепродуктов вода приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, pH, ухудшается газообмен с атмосферой. ПДКв нефтепродуктов составляет 0,3 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический при сливе в сети канализации), ПДКвр — 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности — рыбохозяйственный). Присутствие канцерогенных углеводородов в воде недопустимо.
На нефтетранспортных предприятиях сбор сточных вод и их очистку ведут в зависимости от нефтехимических примесей и способов их очистки. В сточных водах нефтетранспортных предприятий находятся нефть и нефтепродукты, которые после отделения от воды можно использовать в народном хозяйстве [3, 4].
Химические примеси, как, например, тетраэтилсвинец, отделяют специальными химическими методами. В этом случае целесообразно применять раздельный сбор сточных вод и комбинированную систему очистки.
Имея данные по расходам сточных вод, их подробную характеристику, в том числе и по содержанию примесей, а также требования к очищенной воде, по схеме можно отобрать для проверки несколько методов. На основании экспериментальных исследований с учетом технико-экономических показателей выбирают оптимальный метод очистки сточных вод.
Выбор метода очистки сточных вод предприятий зависит от многих факторов:
- количество сточных вод различных видов, их расходы, возможность и экономическая целесообразность извлечения примесей из сточных вод;
- требования к качеству очищенной воды при ее использовании для повторного и оборотного водоснабжения и сброса в водоем, мощность водоема, наличие районных или городских очистных сооружений [5].
Как было приведено выше, основными методами очистки воды от нефтепродуктов (масла, топливо, ароматические углеводороды, серосодержащие вещества и др.) являются:
1. Коагуляция — процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты.
2. Флотация — сложный физико-химический процесс, заключающийся в создании комплекса частица-пузырек воздуха или газа, всплывании этого комплекса и удалении образовавшегося пенного слоя.
3. Напорная флотация — этот вид очистки сточных вод выполняется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением; выделение пузырьков воздуха соответствующего диаметра и всплытие взвешенных и эмульгированных частиц примесей вместе с пузырьками воздуха.
4. Сорбция — процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ.
5. Биологический метод, основанный на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Задачей биологической очистки является превращение органических загрязнений в безвредные продукты окисления — H2O, CO2, NO3-, SO42- и др. Процесс биохимического разрушения органических загрязнений в очистных сооружениях происходит под воздействием комплекса бактерий и простейших микроорганизмов, развивающихся в данном сооружении.
Из приведенных методов для создания водоочистного устройства подходят все перечисленные методы, за исключением биологического, при котором процесс очистки воды занимает длительное время. При наличии в сточных водах следов металлов, таких как, например, железо, можно произвести очистку от этих компонентов, установка комплектуется при этом дополнительными узлами.
Если из исходной воды необходимо удалить нефтепродукты в небольших количествах (до 30 мг/л), то технологическая схема водоочистного устройства примет вид, как показано на рис. 1. Водоочистное устройство, работающее по данной технологической схеме, способно очищать воду до показателей, соответствующих воде питьевого качества. Чтобы решить задачу очистки воды, необходимо провести работу по формированию рациональной блочно-модульной установки.
Исходя из вышеперечисленного, становится очевидной актуальность работы по созданию технологий и аппаратов, которые повысили бы эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов, позволили бы вторично использовать сточные воды, тем самым уменьшая потребность предприятий в природной воде, а также обеспечить сброс сточных вод в естественные водоемы без нарушения экологического законодательства.
Для удаления из воды большого количества нефтепродуктов и взвешенных веществ наиболее целесообразно выбрать технологическую схему водоочистного устройства, приведенную на рис. 2.
Выбор оптимальных технологических схем очистки воды — достаточно сложная задача, что обусловлено многообразием находящихся в воде примесей и высокими требованиями к качеству очистки.
При создании очистных сооружений основным фактором являются их производительность и состав системы очистки сточных вод. Проектирование системы очистки сточных вод от нефтепродуктов должно осуществляться с учетом необходимости использования наилучших доступных технологий в области промышленной очистки сточных вод, прогрессивных технологических решений, автоматизации технологических процессов.
Выбор блоков для конкретного водоочистного устройства зависит от вида загрязнителей, которые условно можно разделить на семь групп: общие физико-химические показатели качества воды; органолептические показатели качества воды; бактериологические и паразитологические показатели воды; радиологические показатели качества воды; неорганические примеси в воде; органические примеси в воде; обеззараживающие средства и продукты обеззараживания в воде.
Основным критерием при выборе блока для очистки воды является перечень загрязнителей и их концентрации в исходной воде и показатели этих загрязнителей, которые необходимо достичь в очищенной выбранным набором блоков воде. Набор блоков является основой выбора технологии очистки и, соответственно, определяет структуру построения водоочистного устройства в целом.
При наличии в воде всего перечня загрязнителей (что можно представить лишь гипотетически) наиболее целесообразной выглядит следующая последовательность размещения блоков в технологической схеме установки: блок фильтрации (блок коагуляции); блок флотации; блок ионного обмена (обезжелезивания, осветления); блок обратного осмоса (нанофильтрации); блок сорбции; блок  широкополосного УФ-облучения.
Количество блоков, входящих в сос­тав водоочистного устройства, зависит от перечня удаляемых загрязнений и требуемой степени очистки от них.
При всех преимуществах данной технологической схемы, позволяющих решать самые сложные проблемы очистки воды, она является наиболее энергоемкой и требует хорошей водоподготовки для увеличения ресурса обратноосмотических мембран. Применение данной технологии для получения воды, пригодной для сброса в естественные водоемы, целесообразно только в том случае, когда другие методы не способны решить эту задачу.
Технологическая схема, в которой использовались бы все шесть блоков одновременно, невозможна, так как ряд блоков решают одинаковые задачи по удалению из воды загрязнений. В этом случае выбирается блок, эксплуатация которого наиболее выгодна с учетом принципа «эффективность — качество». Для гарантированной очистки воды от нефтепродуктов необходимо использовать модульный принцип построения системы очистки, включающий следующие модули (блоки): механической очистки; флотации, сорбционной очистки; очистки УФ-облучением. Если из исходной воды необходимо удалить нефтепродукты в небольших количествах (до 30 мг/л), то водоочистное устройство будет состоять из следующих блоков: флотации; сорбции; УФ-облучения. Для удаления из воды большого количества нефтепродуктов и взвешенных веществ наиболее целесообразно выбрать приведенный ниже список блоков водоочистного устройства: коагуляции; флотации; сорбции; УФ-облучения.
Водоочистное устройство, работающее по данной технологической схеме, способно очищать воду до показателей, соответствующих воде, пригодной для сброса в естественные водоемы.
Применение данных водоочистных устройств позволит более рационально использовать водные ресурсы, применяющиеся во многих технологических процессах, и исключить штрафы за сброс недостаточно очищенных вод в городскую канализацию, естественные водоемы или на рельеф местности. 

Литература
1. Карелин Я.А., Попова И.А., Евсеева Л.А. и др. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. — М.: Стройиздат, 1982.
2. Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды. — М.: Недра, 1993.
3. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. — Л.: Недра, 1983.
4. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. — М.: Недра, 1987.
5. Очистка производственных сточных вод: учебное пособие для вузов // Под ред. Яковлева С.В. — М.: Стройиздат, 1985.

Статья была опубликована в Материалах XIX Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, 20-23 мая 2014 года, Москва. 492 с. — С. 352-359.