Нефтепродукты в сточных водах

Нефтепродукты в сточных водах

Сегодня нефть и нефтепродукты являются одним из основных видов загрязнения сточных вод. Источниками нефти и ее продуктов являются нефтедобывающие компании, доставка нефтепродуктов, места ее хранения, переработки и использования. Отдельные водообъекты содержат более сотни кубических метров нефтезагрязнений. Построенные в середине прошлого столетия хранилища для  нефтеперерабатывающей промышленности сегодня являются источниками загрязнения.

ЮНЕСКО назвала нефтепродукты самым опасным загрязнителем воды. Они растворены в некоторых жидкостях, а на воде чаще всего образуют поверхностный нерастворимый слой.

При защите природы следует руководствоваться принципами:

  • следует использовать то количество невосстанавливающихся природных ресурсов, что бы избежать их полного исчерпания;
  • выбрасываемые отходы нефтепромышленности должны быть в безопасном количестве и форме для живой природы.

Водоемы являются не только основным источником пресной воды для человека, но и средой жизни многих живых организмов. Вода совершает полный цикл круговорота, что важно для человеческой жизни.

Нефть является невосстанавливаемым природным ресурсом. Ее добыча, транспортировка и переработка сильно вредит окружающей среде. Проблема нефтяного загрязнения сегодня самая главная у природазащитников.

Вопрос должен решаться со всех сторон: экономики, политики, права. Технический проблему можно решить с помощью индивидуальных задач для каждого предприятия, имеющее отношение к нефти.

Загрязнение воды нефтепродуктами

Загрязнение воды нефтепродуктами
Загрязнение воды нефтепродуктами

Сточные воды различного происхождения по-разному очищаются.

Сточные воды промышленных источников богаты содержанием многих химических веществ, включая нефтепродукты.

Еще пару лет назад считалось, что нефть невозможно растворить в воде. Сегодня известно, что многие продукты нефтяной промышленности под воздействием определенных факторов растворяются. При прямом взаимодействии воды и нефти с течением времени многие составляющие становятся частью состава воды. Например, при 2 часах совместного хранения концентрация нефти равняется 0,2 мг/л, при увеличении периода в 60 раз приводит к семикратному повышению. Если рассматривать бензин, то дополнительно следует учесть метиленовые и метильные группы. Так для А76 при увеличении продолжительности с 2 часов до 120 содержание бензина в воде возрастет с 1,4 до 11,9 мг/л, а ароматических углеродов – с 2,6 до 34 мг/л.

Отсюда следует, что концентрация нефтепродуктов может достигать больших концентраций.

Определение метода от нефтепродуктов

На предприятиях промышленности метод очистки сточных вод определяется в зависимости от вида нефтехимических примесей. Компании по транспортировки нефти должны очищать выработанные сточные воды, а нефтепримеси отправляет на переработку. Тетраэтилсвинец удаляется только с добавлением реактивов. Разделяют сточные воды по группам нефтепродуктов и используют составные методы очистки, учитывая следующие правила:

  • следует стремиться к максимальному снижению количества сточных вод и содержание в них примесей;
  • нужно извлекать все примеси, которые в дальнейшем используются или перерабатываются;
  • стремятся к повторному применению очищенных вод в технологиях на производстве и водообеспечения предприятия.
Загрязненный водоем
Загрязненный водоем

Что бы определить более эффективный способ очистки, предварительно рассматривают несколько способов. При этом учитывают объем различных видов примесей и необходимое качество воды после очистки. Окончательный выбор учитывает экономическую целесообразность для очистки используемых водных масс, а так же существование очистных сооружений в районе.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов должна:

  • максимально извлекать перерабатываемых примесей;
  • позволять повторное применение на производстве;
  • обеспечивать минимальные выбросы в природные водоемы.

Используются 3 вида очистных сооружений:

  • городские (районные);
  • общие;
  • локальные.

Нефтехранилища и станции по перекачке нефти по трубопроводам используют системы общего типа, при выбросах нефти в опасном объеме – локальные. Далее вода подается на очистные сооружения в районе или в близлежащие водоемы – зависит от степени очистки.

Локальные системы очистки необходимы после технологических цехов, работающих с опасными химическими продуктами: происходит  отделения химических веществ с используемой воды только после определенного участка, а не всего предприятия.

Общий тип очистных необходим  для удаления нефтепродуктов из сточных вод всего предприятия. В него входит биологический, физико-химический и механический методы очистки.

Механические способы включают  песколовки, отстойники, нефтеловушки и фильтрационные установки. Они все удаляют крупнодисперсных примесей. Физико-химические методы включают флотационные установки с химическими реактивами, использование коллоидных коагулянтов. Биологическая очистка использует биофильтры, аэротенки и биологические пруды.

Популярны реагентные методы: обратный осмос, осаждение, ионный обмен, адсорбция, флотация, фильтрование, флокуляция, коагуляция и т.д.

Районные очистные используют те же способы очистки, что и общие. Сточные воды после производства отправляются туда, если не содержат примесей, мешающих работе системы. Необходимо выполнение следующих значений:

  • количество взвешенных частиц до 500 мг/л;
  • отсутствуют трубозасоряющие примеси;
  • нет веществ, вступающих в реакцию с материалом труб;
  • газы и горючие вещества, которые могут взрываться;
  • отсутствует большое содержание веществ, мешающих биологической очистке;
  • максимальная температура – 40 градусов;
  • нет залповых выбросов с высокой концентрацией примесей.

Способы очистки от нефтепродуктов

Используют следующие способы очистки:

  • биологические;
  • химические (озонирование, хлорирование);
  • физико-химические (сорбция, коагуляция, флотация);
  • механические (фильтрование, центрифугирование, отстаивание).

Механическая очистка

Схема очистки воды
Схема очистки воды

Чаще всего это первый этап очистки. Механическая очистка способна очищать бытовые воды до 65%, а производственные – до 95%. Главная ее задача – подготовить воду к последующим методам обработки. Она является дешевым способом и всегда оправдана при очистке сточных вод.

Фильтрованием, отстаиванием или процеживанием удаляются крупные частицы различного происхождения.

Первым устанавливают процеживание сточных вод через множество сит с различным размером ячеек. Отстаивание действенно для удаления веществ с плотностью отличной от воды: тяжелые – выпадают на дно, легкие – поднимаются вверх. Песколовки построены на выпадения осадка. Нефтеловушки для очистки сточных вод, жироловки и маслоуловители отделяют всплывшие частицы.

Фильтрование эффективно для очистки от мелких частиц. Сточные воды пропускают через фильтр с фильтрующей массой из различных тканей, зернистых  и химических материалов. Фильтрующий материал собирает на своей активной поверхности всю взвесь.

Механического способа хватает только при условии, что отфильтрованная вода может повторно поступать на нужды предприятия или впускаться в водоемы. В других случаях метод механической очистки воды является только первой ступенью все очистительной системы.

Песколовки

В песколовках остаются примеси от 200 мкм. При их отсутствии весь песок будет задержан последующими способами очистки, что значительно усложняет их работу.

Песколовки работают на разности движений тяжелых частиц в воде. Они бывают горизонтальные, вертикальные, круговые, прямолинейные, с поступательно-вращательным движением. В названиях видов песколовок отражено направление движения вод.  На выбор конструкции влияет объем подаваемой воды и количество примесей.

На практике наиболее действенными на нефтебазах являются горизонтальный тип, который очищают раз в два дня с использованием гидроэлеватора.

Отстойники

Самый незатейливый и доступный способ очистки от крупнодисперсных частиц. На них начинает воздействовать сила гравитации планеты. Частицы всплывают вверх или оседать на дно.

Статистические отстойники

Статистические отстойники

На предприятиях нефтепереработки, нефтебаз и при передаче используют резервуары из стали или железобетона. Они исполняют роль накопителя, отстойника или буфера. Буфер необходим при неравномерном потоке воды. В резервуаре нефтепродукты начинают подниматься на поверхность, удаляется до 95%. Часто предприятие имеет несколько буферных резервуаров, работающих по очереди. Отстаивают 6-24 часа.

Перфорированные трубы удаляют осадок со дна. Поверхность очищают от всплывших нефтепродуктов, а чистую воду выкачивают.

Динамические отстойники

Удаление примесей происходит во время движения воды. Водные массы постоянно находятся в движении: по вертикале или горизонтали.

Нефтеловушки для очистки сточных вод представляют собой горизонтальные  отстойники. Это резервуар прямоугольной формы, высота которого 1-4 метра, ширина – 2,5-6 метров, длина – до 50 метров. Выпавшие примеси на дне убирается скребками, а потом насосами.

Тонкослойные отстойники

Высотные параметры отстойника влияют на время ожидания всплытия  частиц. В нефтеловушках для очистки сточных вод трудно ускорить период очистки. Одновременно толщина слоя сточной воды прямопропорциональна скорости процесса. Соответственно при тонком слое частицы всплывают быстрее. Достоинством является минимальный расход строительного материала. Недостатком  — дополнительные резервуары для удаления легко отделимых нефтепродуктов: связано это с плохой плавучестью нефтяных пятен.

Гидроциклоны

Центрифуги и гидроциклоны работают на принципе оседания взвешенных частиц под воздействием центробежной силы. Тяжелые частицы отбрасываются к периферии гарвитацией, инерцией и сопротивлением. Различают напорные и безнапорные гидроциклоны.

В напорных гидроциклонах вода меняет свое движение и стремится к центру потока. Существует разные размеры гидроциклонов. Чем меньше диаметр, тем удаляются более мелкие примеси.

В безнапорных гидроциклонах вода подается по касательной в низ. Вода подается через верх. Нефтепленка скапливается в центре потока, а потом образуется конус из нефтепродуктов – его легко удалить.

Различают 2 вида центрифуг: отстойные и фильтрующие. Суспензия вращается в перфорированном барабане, по периметру которого натянута сетка или ткань. Примеси задерживаются на стенках, которые легко чистить после слива воды.

Фильтры

Фильтр для очистки воды
Фильтр для очистки воды

Требования к качеству воды все время растет. Это заставляет многие предприятия применять фильтры для очистки сточных вод. Фильтрование используется после отстойников. Работа основана на прилипании нефтепродуктов к активной поверхности фильтрующей массы.

Фильтры могут иметь различные загрузочные материалы: ткань, сетка, мембрана и т.д. Ткани используются для грубой очистки, а мембраны для молекулярной.

Микрофильтры

Фильтрующая масса может быть тканевой, сетчатой или полимерной. Их конструкция состоит из барабанов диаметром 1,5-3 метра, которые вертятся, а фильтрующий элемент закреплен. Их монтируют горизонтально. Вода поступает в барабан и проходит через фильтр.  Движение обеспечивается разностью уровней воды внутри и снаружи системы.

Каркасные фильтры

Выделяют три группы:

  • зернистые фильтры на основе адгезии;
  • волокнистые фильтры на основе сорбции;
  • зернистые и волокнистые для удаления эмульгированных представителей нефтепродуктов.

В первых двух типах фильтрующие массы вбирают в себя нефтепродукты. Со временем они перенасыщаются ими и нуждаются в регенерации.

В третьем методе пленка скапливается, но не впитывается в фильтрующую массу. Со временем она не выдерживает и выпадает в форме капель на поверхность воды. Капли нефтепродуктов быстро и легко собираются.

Эластичные фильтры

Это новый способ удаления нефтепродуктов с использованием пенополиуретана, обладающего высокими эластичными свойствами. Средний размер его ячеек около миллиметра, а их плотность от 25 до 60 килограмм на кубический метр. Фильтрующий материал имеет большую пористость, гидрофобность, устойчив к механическим и физическим воздействиям. Перечисленные характеристики важны при работе с нефтепродуктами.

Загрузка из пенополиуретана пропитывается нефтью, а во время восстановления отжимается и возвращается на прежнее место.
Существует ряд недостатков фильтрования от нефтепродуктов:

  • образуются стойкие эмульсии, которые сложно утилизировать;
  • вода должна пройти предварительные степени очистки;

Физико-химическая очистка

Она состоит из трех видов систем:

  • коагуляционная;
  • флотационная;
  • сорбционная.

Коагуляционная очистка

Дисперсные частицы вырастают за счет различных реакций. Благодаря этим свойствам можно значительно ускорить оседание эмульгированных и тонкодисперсных примесей.  Удаляемые частицы могут иметь размер до 100 микрометров. Коагуляционная очистка бывает естественной или с использованием коагулянтов. Из коагулянтов образуются металлические хлопья, быстро обседаемые на дно. Коллоидные частицы и коагулянты притягиваются за счет разных зарядов.

Флотация

Схема флотации сточных вод
Схема флотации сточных вод

Образуются пузырьки с воздухом и скапливаются в форме пены, которую легко удалить.

Флотация распространена в очистке сточных вод.

Сначала образуется пузырек воздуха. Далее обеспечивают взаимодействие частицы и воздушного пузырька, а после они прилипают друг к другу и всплывают на поверхность.  Контакты появляется благодаря однонаправленному движению водных  и воздушных масс. Примеси разбросаны по всему объему водной массы, а совместное движение их с пузырьками способствует их сближению.

Следует строго следить за размером пузырьков: маленькие – не ухватят взвешенные частицы, а большие разъединят образовавшиеся пары и перемешивают воду при взрывании.

Сорбция

При сорбции твердые вещества (сорбенты) поглощают вещества из окружающей среды (сорбаты).

Один из наиболее действенных способов удаления органических соединений. Фильтрующий материал обязательно имеет  повышенную пористость: уголь, зола, торф, некоторые виды глин и т.д.

Вид сорбента и схема очистки выбирается в зависимости от ряда факторов: метод очистки, место адсорбентов в общей схеме очистки, состав воды и т.д.

Химическая очистка

Химическая очистка базируется на окислительных реакциях: объединение вещества и кислорода. В процессе окисления изымаются  электроны или ионы. Популярными являются хлорирование и озонирование.

Хлорирование

В процессе хлорирования вода обезвреживается хлором и его соединениями. Удаляются органика и неорганические соединения.

Озонирование

Благодаря высоким свойствам окисляться при нормальной температуре происходит одновременное обезвреживание с обесцвечиванием, дезодорацией и обогащением кислородом.

Способность растворения озона растет с повышением рН и температуры. Озон чаще всего получают воздействием на воздух высоким зарядом.

Озонирование не влияет на солевой состав воды, отсутствуют загрязнения продуктами распада, а процесс можно полностью автоматизировать.

Биологическая очистка

Схема биологической очистки сточных вод
Схема биологической очистки сточных вод

Предыдущие способы очистки не способны полностью удалить все органические примеси в сточной воде. Их дополняют биологическим методом.

Многие микроорганизмы питаются органикой из сточных вод.  Биологическая очистка превращает органические соединения в безопасные продукты окисления. В очистных сооружениях развиваются простые микроорганизмы и бактерии.

Нужно разбираться в физиологии микроорганизма. Все они имеют свой обмен веществ: питательные вещества усваиваются, а продукты жизнедеятельности выделяются. Микроорганизмы живут за счет дыхания и питания.

Доочистка сточных вод

Шунгитова порода способна обеспечить очистку сточных вод от нефтепродуктов для рыбхозяйственных водоемов. Хорошим эффектом обладает угольная сорбция. В ней используются активные виды угля, которые имеют высокую стоимость.

Одним из проблем очистки воды является замена синтетических фильтрующих наполнителей наиболее дешевыми материала природного происхождения. Шунгитова порода более чем на половину состоит из оксида кремния, четвертую ее часть составляет углерод, а остальное – оксид алюминия и другие примеси. Шунгитовой породой богата Карелия.

Эксперименты показывают эффективность использования породы в двойных фильтрах: удаление плавающих и растворенных нефтепродуктов. Шунгитова порода обладает алюмосиликатный каркас и высокий удельный весом. Поверхность ее обладает сорбционно-активным углеродным слоем.  Даже при длительном периоде работы (более года) эффективность очистки значительно не снижается.

Сегодня до 7% всего объема нефти безвозвратно уходит в загрязнения. Для промывки оборудования и контейнеров из-по нефти обрабатываются паром или горячей водой до 90 градусов с использованием чистящих средств. Предприятия вынуждены собирать и утилизировать эту воду. Некоторые из них просто сливают ее в водоемы без очистки или городские канализации. Страдает окружающая природа и местное население.  Проблема чистоты воздуха и воды на нашей планете уже стала обязательной темой многих ежегодных форумов во всем мире.