Рис. 6. Нижняя часть (вид А) фильтровального устройства для очистки нефтьсодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей

Автор: В.В. Буренин (МАДИ).

Опубликовано в журнале Химическая техника №5/2018

Уровень загрязнения рек, озер, морей, океанов и других природных водных объектов с каждым годом увеличивается. Особую и едва ли не самую серьезную роль в загрязнении водных объектов играет сброс в них или на рельеф местности плохо очищенных сточных вод промышленных предприятий, в том числе химических и нефтехимических. Весьма опасными для водоемов загрязнителями являются нефть и нефтепродукты. Нефтьсодержащие сточные воды, попадая в водные объекты, образуют на поверхности воды поля нефтяных пленок, что препятствует доступу воздуха и света. Кроме того, нефтезагрязнения аккумулируются в клетках и тканях гидробионтов и оказывают токсичное действие на них. Другими формами загрязнителей водных объектов, помимо нефти и нефтепродуктов, содержащихся в виде примесей в производственных сточных водах химических и нефтехимических предприятий, являются опасные концентрации загрязняющих веществ различной физической природы: взвешенные твердые и пластичные частицы, тяжелые металлы, поверхностно-активные вещества, фенолы, кислоты, щелочи, смолы, токсичные вещества, болезнетворные бактерии и др. Также нефтьсодержащие сточные воды могут образовывать взрыво- и горючеопасные газы и смеси или отравляющие вещества, которые должны подвергаться специальной очистке и обезвреживанию.

Очистка и обезвреживание производственных сточных вод от вредных примесей осуществляется с помощью механических, силовых, адсорбционных, абсорбционных, физико-химических, химических, термических, биологических и других методов [1].

В последние годы заметно повысился интерес российских и зарубежных фирм по производству техники для очистки и обезвреживания производственных сточных вод к созданию новых очистительных устройств (фильтров) с высокими технико-экономическими показателями.

Механическая очистка позволяет извлекать из производственных сточных вод нерастворимые взвешенные механические примеси различной степени дисперсности (песок, глинистые частицы, окалина и др.), а также нефтепродукты, находящиеся в грубодисперсном (капельном) состоянии, с помощью решеток, сит, песколовок, нефтеловушек и других фильтрующих устройств.

Увеличенным межпромывочным периодом, пониженной материалоемкостью и простой конструкцией отличается механический фильтр для очистки сточных вод [2]. Фильтр содержит корпус с входным и выходным патрубками для сточных вод и патрубком для отвода загрязнений (шлама), фильтрующий патрон, трубопровод для подвода промывочной воды к фильтрующему патрону. Фильтрующий патрон представляет собой щелевую конструкцию цилиндрической формы с торцовой стенкой и патрубком подвода промывочной воды. Фильтр надежен в работе и удобен в эксплуатации.

Силовая очистка служит для удаления крупнодисперсных взвесей и обычно используется в качестве первой стадии в общей системе очистки. Фильтрация сточных вод осуществляется за счет действия силовых полей – инерционного, гравитационного, магнитного, электрического и др.

Силовой фильтр инерционного типа [3] предназначен для очистки производственных сточных вод от твердых частиц (например, окалины, ржавчины). Его цилиндрический корпус 3 (рис. 1) имеет переднюю крышку 2 с входным патрубком 1 и заднюю крышку 7 с выходным патрубком 8. Внутри корпуса расположен фильтрующий элемент, состоящий из перфорированной трубы 4 с прикрепленными к ней лопатками 5 для закручивания потока очищаемых сточных вод и набором коаксиальных оболочек вращения, снабженных успокоителями 6, образующими осадительную секцию с периодически открывающимся окном для вывода осажденных частиц загрязнений вместе с частью очищаемых сточных вод в емкость 9, вместимость и длина которой выбраны из условия осаждения успокоителями частиц загрязнений различной крупности. Успокоители 6 расположены по поверхности коаксиальных оболочек в виде винтовой линии с постоянным или затухающим шагом, при этом площадь проходного сечения, образованная оболочками с успокоителями, равна или больше площади поперечного сечения входного патрубка 1. Фильтр удобен в эксплуатации и позволяет легко вынуть фильтрующий элемент, установленный на подвижных направляющих, из корпуса для его очистки после снятия передней крышки.

Рис. 1. Силовой инерционный фильтр для очистки сточных вод от твердых частиц загрязнений
Рис. 1. Силовой инерционный фильтр для очистки сточных вод от твердых частиц загрязнений

Сорбционная (адсорбционная, абсорбционная) очистка применяется для удаления из сточных вод растворенных органических и неорганических веществ. Поглотительные твердые пористые материалы (адсорбенты) или поглотительные жидкости или растворы (абсорбенты) выбирают, в основном исходя из химических свойств адсорбента или абсорбента и поглощаемых из сточных вод вредных примесей. Сорбционная очистка сточных вод не является универсальной и используется, как правило, в системах локальной очистки.

Высоким качеством очистки производственных сточных вод от взвешенных частиц, загрязнений, органических веществ, ионов тяжелых металлов и т.д. отличается механический фильтр [4] с гранулированной насыпной фильтрующей адсорбционной загрузкой. Фильтр содержит корпус с патрубками ввода сточных вод на очистку и вывода очищенной жидкости, устройства для подачи промывочной жидкости и атмосферного воздуха. Корпус фильтра вертикальными перегородками делится на три зоны: зону подачи на очистку сточных вод, зону очистки сточных вод фильтрующей загрузкой, зону сбора очищенных сточных вод. Фильтр имеет компактную конструкцию и удобен в эксплуатации.

Фирма Microdyn-Nadir GmbH (Германия) разработала фильтрующее устройство [5] для качественной очистки и обезвреживания производственных сточных вод от взвешенных твердых и пластичных частиц загрязнений и растворенных химических веществ, состоящее измеханических плоскопараллельных фильтров, заключенных в модульную рамку, слоев из зерен гранулированного адсорбента, расположенных между каждыми двумя плоскопараллельными фильтрами, нижнего кассетного устройства, куда вставляются плоскопараллельные фильтры, и двух боковых крепежных плат. Все крепежные элементы устройства выполнены из легких материалов (легкий металл или полимер). Разработанное фильтрующее устройство обладает небольшим гидравлическим сопротивлением потоку очищаемых сточных вод.

Повышенной степенью очистки нефтьсодержащих сточных вод отличается способ очистки [6], заключающийся в пропускании очищаемых сточных вод через активированный природный абсорбент, представляющий собой кремнистую породу смешанного минерального состава при следующем соотношении компонентов, мас. %: 70–83 опал-кристобалита; 3–11 цеолита; 6–17 глинистой составляющей; 4–10 обломочного материала. Адсорбент подвергается механической активации в течение 15…60 мин. Разработанный способ очистки нефтьсодержащих сточных вод обеспечивает снижение изнашивания адсорбента за счет увеличенной грязеемкости (с учетом малого гидравлического сопротивления слоя фильтрующей загрузки) при одновременном повышении скорости очистки сточных вод отнефтепродуктов, фенола, поверхностно-активных веществ и других загрязняющих веществ.

В Институте химических наук им. А.Б. Бектурова разработан способ адсорбционной очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов [7]. В качестве адсорбентов используются гуматсодержащие композиционные материалы, которые имеют микропористую структуру и содержат карбоксильные, гидроксильные и карбонильные группы, инициирующие процесс очистки нефтьсодержащих сточных вод. Проведенные испытания показали, что при использовании гуматсодержащих композиционных материалов в виде таблеток степень очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов достигает более 99,0 %.

Очистку производственных сточных вод от ионов тяжелых металлов осуществляют адсорбционным способом [8]. В качестве адсорбента используют твердый нерастворимый природный тальковый сланец с содержанием минералов талька, равном 45%, с размерами зерен адсорбента от 2,5 до 3,0 мм. Способ обеспечивает высокую скорость очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и уменьшает расход адсорбента.

Сокращенным временем очистки и уменьшенным расходом адсорбента отличается способ очистки производственных сточных вод от ионов меди [9]. Для его осуществления пропускают сточные воды через слой адсорбента, в качестве которого используют нефелиновый шлам. Высота слоя адсорбента составляет от 0,035 до 0,045 м. Способ очистки сточных вод от ионов меди удобен в эксплуатации.

Физико-химическая очистка производственных сточных вод осуществляется в основном с применением таких методов, как флотация и коагуляция. Флотация осуществляется путем пропуска через сточные воды воздуха, пузырьки которого захватывают при движении вверх нефть, масла, поверхностно-активные вещества и другие загрязнения и образуют на поверхности очищаемых сточных вод легко удаляемый пенообразный слой. В зависимости от процесса образования пузырьков воздуха различают несколько видов флотации: напорную, пневматическую, вибрационную и электрофлотацию. Коагуляция производится путем введения в сточные воды коагулянтов (солей аммония, железа, меди, шламовых отходов и др.) для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются.

Простотой конструкции и повышенной скоростью удаления нефтепродуктов и механических частиц загрязнений из сточных вод отличается очистительная установка [10], содержащая цилиндрический корпус 7 (рис. 2) с патрубками входа на очистку сточных вод 3, выхода очищенных сточных вод 8, вывода нефтепродуктов 6, вывода шлама 10, коалесцирующий фильтр 9, приемную емкость 2, трубопровод 1 для подачи очищаемых сточных вод в нижнюю часть корпуса 7, вытяжное устройство 5, кожух 4, поддон 12 (рис. 3), конусообразную воронку 14, регулировочные винты 11 и 13, эластичные тяги 16, кольца 15 тяг, кольца 17 поддона 12.

Рис. 2. Фильтровальная установка для очистки сточных вод от нефтепродуктов и механических частиц
Рис. 2. Фильтровальная установка для очистки сточных вод от нефтепродуктов и механических частиц

Перед началом работы очистительной установки регулируется высота всасывающий щели «Б» с помощью регулировочных винтов 11 и 13 (см. рис. 3). Кольцевое основание кожуха 4 устанавливают относительно поддона 12 таким образом, чтобы высота щели ‹‹Б›› была равна толщине слоя нефтепродуктов на поверхности сточных вод в корпусе 7. С поверхности сточных вод нефтепродукты самотеком поступают в щель «Б».

Рис. 3. Верхняя часть (вид А) фильтровальной установки для очистки сточных вод от нефтепродуктов и механических частиц загрязнений
Рис. 3. Верхняя часть (вид А) фильтровальной установки для очистки сточных вод от нефтепродуктов и механических частиц загрязнений

Очищаемые сточные воды, содержащие нефтепродукты и механические частицы загрязнений, через патрубок 3 (см. рис. 2) попадают в приемную емкость 2 и по трубопроводу 1 перетекают в нижнюю часть корпуса 7, где частицы загрязнений из сточных вод опускаются надно корпуса и через патрубок 10 выводятся из него.

Из нижней части корпуса 7 очищаемые сточные воды попадают в коалесцирующий фильтр 9, в котором происходит образование капель нефти из нефтяной пленки, которые всплывают на поверхность сточных вод в корпусе 7. Далее включается вытяжное устройство 5, и вовнутренней полости, образованной кожухом 4 и поверхностью сточных вод в корпусе 7, образуется вакуум, и слой нефтепродуктов «В» из щели «Б» переливается в конусообразную воронку 14 (см. рис. 3), из которой выводится через патрубок 6. Для того, чтобы воронка 14не утонула, она поддерживается на поверхности сточных вод в корпусе 7 с помощью эластичных тяг 16, выполненных из нефтестойкой резины. Концы каждой тяги крепятся к поддону 12 и к воронке 14 с помощью колец соответственно 17 и 15. Очищенные сточные воды выводятся из установки через патрубок 8 (см. рис. 2), расположенный в средней части корпуса.

Процессом флотации из сточных вод удаляются взвешенные частицы вещества, покрытые пленкой нефти, и капли нефти, т.е. частицы, имеющие нулевую плавучесть и не удаляемые отстаиванием.

При флотации нефтепродукты адсорбируются в виде пленки на поверхности пузырьков воздуха. При слиянии пузырьков пленка утолщается и поднимается на поверхность, откуда удаляется. Иногда применяется реагентная флотация, при которой вводимые в сточные воды вещества (как правило, соединения алюминия) повышают эффективность процесса. Это особенно необходимо в тех случаях, когда на поверхности микрокапель некоторых органических веществ и нефтепродуктов образуется слой, препятствующий коалесцированию (соединению) капель.

Эффективность флотационной очистки зависит от площади границы раздела фаз и гидромеханических условий массопереноса к этой границе, иначе говоря, чем выше концентрация воздуха в очищаемых сточных водах и чем мельче пузырьки, тем лучше.

Для очистки сточных вод применяются флотаторы различных типов: барботажные (пневматические), напорные, импеллерные, инжекционные, пневмогидравлические.

Флотационная очистка нефтьсодержащих сточных вод в значительной степени зависит от количества диспергируемого воздуха и размера образующихся газовых пузырьков, а также от условий контактирования газовых пузырьков с частицами загрязнений, преимущественно с гидрофобной поверхностью. Последний из указанных факторов успешно реализуется во флотационных противоточных колонных аппаратах [11], где обеспечивается достаточно высокая вероятность столкновения частиц загрязнений с пузырьками воздуха благодаря встречному движению частиц и пузырьков.

К преимуществам флотационных противоточных колонных аппаратов также относятся низкая энергоемкость, небольшие капитальные затраты, небольшая площадь, необходимая для установки, широкая возможность использования процессов вторичной минерализации впенном слое для повышения эффективности слипания пузырьков с частицами загрязнений.

Технология напорной флотации VODACO-DAF [12] для предварительной очистки нефтьсодержащих сточных вод предприятий нефтяной, нефтеперерабатываюшей и газовой промышленности представляет собой высокопроизводительную очистку с насыщением час-типотока очищаемых сточных вод воздухом. Основным преимуществом этой технологии является оптимизированная система насыщения, которая позволяет реализовать степень насыщения до 95% практически достижимой, что приводит к снижению энергозатрат на очистку. В процессе очистки снижается количество нефтепродуктов в очищенных сточных водах до 50 мг/л, взвешенных веществ остается менее 20 мг/л.

Повышенную степень аэрирования заданного объема нефтьсодержащих сточных вод обеспечивает устройство [13], содержащее цилиндрический резервуар 1 (рис. 4), выполненный с возможностью поддержания давления воздуха в нем выше атмосферного, трубопровод 2, соединяющий полость резервуара 1 с источником нефтьсодержащих сточных вод (на рис. 4 не показан), и сопловой насадок 5, выход которого размещен над уровнем «Б» нефтьсодержащих сточных вод «А» в резервуаре.

Рис. 4. Устройство для аэрирования нефтьсодержащих сточных вод перед очисткой вакуумной флотацией
Рис. 4. Устройство для аэрирования нефтьсодержащих сточных вод перед очисткой вакуумной флотацией

В сопловой насадок 5, расположенный внутри резервуара, по трубопроводу 4 подают сжатый воздух, который эжектирует насыщаемые сточные воды, подаваемые также в сопловой насадок 5 по трубопроводу 2. В результате из верхнего отверстия «В» соплового насадка распыляется факел «Г», состоящий из мелкодисперсных частиц аэрируемой среды, направленной вдоль вертикальной оси резервуара 1. За счет большой площади поверхности раздела жидкой и газовой фаз мелкие частицы очищаемых нефтьсодержащих сточных вод с большой эффективностью абсорбируют в себя воздух. При этом в результате подачи сжатого воздуха в резервуаре 1 создается избыточное давление, величину которого контролируют регулятором давления воздуха 9: повышение избыточного давления приводит к увеличению эффективности данного способа насыщения. Попаданию аэрируемой среды в регулятор давления воздуха препятствует каплесборник 8, снабженный дренажными трубками 7 для отвода скопившейся в нем жидкости. Также резервуар 1 оборудован каплеформирующим кольцевым выступом 6, препятствующим стеканию капель распыляемых сточных вод по стенкам резервуара, увеличивая тем самым площадь и время контакта между жидкой и газовой фазами. Насыщенные воздухом нефтьсодержащие сточные воды отводят из резервуара через патрубок 3 и направляют в ступень флотационной очистки.

Устройство позволяет производить эффективное мгновенное аэрирование (насыщение воздухом) заданного объема нефтьсодержащих сточных вод.

Эффективно очищает сточные воды от нефтепродуктов и других органических веществ устройство, разработанное по способу очистки [14], и включающее механическую очистку сточных вод, смешивание их с коагулянтом, коагуляцию и электрообработку сточных вод вэлектрофлотаторе в течение 60…90 мин. В качестве коагулянта используют морскую воду, концентрация которой по отношению к очищаемым сточным водам в электрофлотаторе составляет 25–35%, а в качестве анода используют электрод на основе оксидов рутения или титана. При очистке нефтьсодержащих сточных вод по разработанному способу обеспечивается утилизация выделенных продуктов очистки.

Для нефтьсодержащих сточных вод сложного переменного состава по загрязнителям с повышенным содержанием фосфора предназначен способ очистки [15], отличающийся низкими затратами при эксплуатации.

Способ осуществляют введением в поток очищаемых сточных вод коагулянтов, производимых из алюминий содержащего сырья, с последующим перемешиванием и отделением от сточных вод загрязнений. В качестве алюминий содержащего коагулянта-осадителя используют белый шлам в виде порошка – оборотного продукта алюминиевого завода, при этом коагулянт вводят в очищаемые сточные воды из расчета 0,5…5,0 г/л стоков. После введения коагулянта ведут перемешивание очищаемых сточных вод воздухом в течение 4…20ч. Способ обеспечивает повышение эффективности очистки сточных вод до норм ПДК и интенсификацию процесса очистки при уменьшении экономических затрат.

Рис. 6. Нижняя часть (вид А) фильтровального устройства для очистки нефтьсодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей
Рис. 6. Нижняя часть (вид А) фильтровального устройства для очистки нефтьсодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей

С целью повышения степени очистки нефтьсодержащих сточных вод от тонкодисперсных вредных примесей разработано очистительное устройство [16], содержащее резервуар 10 (рис. 5) и сопловой насадок 4 для подачи нефтьсодержащих сточных вод на очистку. Для очистки в полости кожуха 12 создают и поддерживают постоянное давление воздуха выше атмосферного на 0,1 МПа, а затем начинают подачу нефтьсодержащих сточных вод, подлежащих очистке. Очищаемые сточные воды изливаются из насадка 4 с высокой скоростью в виде наклонных струй «В» (рис. 6) под давлением 0,8…1,0 МПа и углом наклона 20…30° к горизонтальной плоскости вниз через слой воздуха. Число струй «В» при этом составляет, по меньшей мере три, что обеспечит равномерное покрытие всего очищаемого объема сточных вод. Число наклонных струй «В» соответствует числу наклонных каналов 6, при этом каждая из струй ориентирована на продольную ось соответствующего канала 6. Полость кожуха 12 (см. рис. 5) сообщается с полостью отбойника 9 по меньшей мере тремя наклонными каналами 6, приемные отверстия «Г» (см. рис. 6) которых размещены ниже уровня поверхности объема нефтьсодержащих сточных вод в кожухе 12. Каждая наклонная струя очищаемых сточных вод поступает в приемное отверстие «Г» соответствующего канала 6, при прохождении которого создается разрежение воздуха, в результате чего дополнительный объем воздуха подсасывается струей «В» вглубь жидкости через воздушную трубку 5, соединенную с кожухом 12. После прохождения наклонного канала 6 формируется водовоздушный факел «Б» (сточные воды + воздух), распространяющийся вглубь очищаемых нефтьсодержащих сточных вод в отсеке 2 (см. рис. 5). Глубина проникновения водовоздушного факела «Б» и размеры его поперечного сечения определяются параметрами подачи очищаемых нефтьсодержащих сточных вод. Для предотвращения попадания газовой фазы в центральную часть 8 аэратора и повышения равномерности распределения воздушной фазы дно отбойника 9 закруглено как со стороны кожуха 12, так и со стороны емкости-накопителя 3 очищенных сточных вод. Очищаемые сточные воды, насыщенные пузырьками диспергированного воздуха и воздухом, растворившимся в них, вытесняются через флотирующий отсек 2, где происходит интенсивное образование агрегатов (частица нефтепродуктов + пузырек воздуха), которые всплывают на поверхность благодаря их сравнительно низкому удельному весу. В результате образуется слой пены 11, содержащий сфлотированные загрязняющие примеси, который удаляют через патрубок 1 резервуара 10. Очищенные сточные воды отводят через патрубок 7 из емкости-накопителя 3.

Рис. 5. Фильтровальное устройство для очистки нефтьсодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей
Рис. 5. Фильтровальное устройство для очистки нефтьсодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей

Установка с роторно-дисковым фильтром для эффективной очистки нефтьсодержащих сточных вод [17] реализует тонкопленочное разделение эмульсии «нефть–вода» за счет образования активной коалесцирующей поверхности «вода–газ». Удельная поверхность образования активной коалесцирующей поверхности «вода–газ» для разработанной установки практически в 9 раз выше, чем при использовании серийно выпускаемых очистительных установок, что позволяет при тех же энергозатратах на рециркуляцию сточных вод в систему оборотного водоснабжения достичь большей степени очистки.

В последнее время биологическим способом очистки нефтьсодержащих сточных вод уделяют большое внимание как с научной, так и с практической точки зрения. Это связано с тем, что данный способ очистки сточных вод наносит меньше вреда окружающей среде, чем другие способы очистки, и гармонично вписывается в экологию природной системы. Этот способ очистки основан на способности искусственно вселяемых в очищаемые сточные воды микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах как загрязнители (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и др.).

Для эффективной очистки сточных вод от органических и неорганических соединений, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, а также для дезактивации сточных вод от вирусов, бактерий, микробов предназначена экологически чистая микробиологическая установка [18], включающая корпус 7 (рис. 7), систему подогрева 4 и последовательно расположенные в корпусе по ходу движения очищаемых сточных вод секции очистки.

Рис. 7. Микробиологическая установка для очистки сточных вод от органических и неорганических соединений, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ и других примесей
Рис. 7. Микробиологическая установка для очистки сточных вод от органических и неорганических соединений, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ и других примесей

Сточные воды на очистку поступают через входной патрубок 5 корпуса 7 в камеру 6 гашения скорости жидкостного потока, где происходит снижение, выравнивание его скорости, изменение направления движения и первичное отделение крупных и тяжелых частиц загрязнений. Далее сточные воды поступают в камеру 3 первичного отстаивания, где происходит также осаждение крупных и тяжелых частиц загрязнений. Очищаемые сточные воды, нагретые в камере 3 системой 4 до необходимой температуры, обеспечивающей оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, через нижний перелив поступают в камеру 8 тонкослойного отстаивания для осветления сточных вод. При этом скорость проходящего между пластинами 2 жидкостного потока резко падает.

В результате столкновения с ребрами 25, выполненными на нижней поверхности пластин 2, частицы загрязнений задерживаются в них, осадок стекает в конусообразное углубление 1 днища. На верхних пластинах 2 осаждаются самые тонкодисперсные частицы. Одновременно в камере 8, где обеспечены оптимальные температурные условия для анаэробных микроорганизмов, начинается процесс сбраживания растворенных органических веществ, содержащихся в сточных водах (стоках), до более простых соединений. Осветленные стоки с частично разложившимися органическими соединениями из камеры тонкослойного отстаивания 8 поступают через верхний перелив в первую камеру секции 9 с иммобилизованными на носителях 23 микроорганизмами-деструкторами. Здесь происходит более полное разложение растворенных в воде органических соединений на более простые вещества. После прохождения стоков через камеры, разделенные перегородкой 24 секции 9, осветленные стоки с разложившимися органическими соединениями поступают в секцию 10, где происходит окончательное разложение органических соединений. В камеры секции 10 через воздуховоды 11 и мелкопузырчатые дисковые аэраторы 22 от источника сжатого воздуха поступает воздух в виде мельчайших пузырьков размером до 100 мкм, что необходимо для обеспечения жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. В секции 10 происходит полная минерализация активного ила, в результате чего он становится неспособным к загниванию. После секции 10 очищенные стоки поступают в камеру 12 тонкослойного отстаивания идоочистки, где происходит осаждение иловых частиц в конусообразное углубление 21 днища.

Далее сточные воды (стоки) поступают в камеру фильтрации 20, а затем в камеру доочистки с секциями 19, 14 и графеновыми фильтрами 17, где происходит очистка стоков от эмульгированных нефтепродуктов, вирусов и бактерий. Вторая 19 и третья 14 секции доочистки стоков разделены перегородками 13 и 18, которые выполнены в виде последовательно расположенных друг за другом пластин с каналом между ними для перетекания стоков, при этом нечетные пластины 13 закреплены на верхнем основании корпуса 7, а четные пластины 18– на нижнем основании корпуса 7. Такое закрепление пластин позволяет создать узкий канал между ними для перетекания стоков из одной секции в другую.

В графеновых фильтрах 17 ионы серебра 15, находящиеся между графеновыми нанотрубками, при контакте с вирусами, бактериями, микробами, простейшими дезактивируют стоки. Размеры нанотрубок графена достаточно малы (1?10–9 м), они пропускают молекулы, но удерживают эмульгированные нефтепродукты, вирусы и бактерии (размеры 1?10–6 м, 5?10–6 м) в своем объеме и эффективно очищают сточные воды. Очищенные сточные воды отводятся потребителю из камеры доочистки 14 через патрубок 16. Для удобства регенерации графеновые фильтры выполнены в виде съемных кассет.

Эффективность очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов, масел, жиров, поверхностно-активных веществ, вирусов, бактерий, микробов в установке микробиологической очистки сточных вод достигает 98–99%.

Способ биологической очистки нефтьсодержащих сточных вод [19] отличается повышенной эффективностью благодаря достижению равномерного контакта хлопьев активного ила и загрязненных сточных вод. Подача активного ила и очищаемых сточных вод в аэротенки осуществляется равномерно через лотки, расположенные перпендикулярно длинной стороне аэротенка и оснащенные боковыми сливами. Расстояние между боковыми сливами составляет не менее 50 мм.

Высокую степень очистки сточных вод, содержащих взвешенные частицы, нефтепродукты, а также большое количество других органических загрязнений, обеспечивает биологический ступенчатый способ очистки [20], включающий следующие операции. Очищаемые сточные воды подвергают первичному отстаиванию для удаления взвешенных загрязняющих примесей. Затем сточные воды подают в аэротенк первой ступени, где их аэрируют в течение суток, поддерживая определенную дозу активного ила в количестве 3,4 г/л. Далее очищаемые сточные воды подают в аэротенк второй ступени, где их аэрируют в течение 0,5 суток, поддерживая дозу активного ила 2,0 г/л. Перед сбросом очищенных сточных вод в водный объект или на рель-еф местности их подают в отстойник для удаления активного ила.

Компания Stulz H+E Gruppe (Германия) разработала установки модульного типа для биологической анаэробной очистки сточных вод с высоким содержанием нефти и других органических соединений [21]. Установки служат для выработки биогаза путем разложения органических соединений, содержащихся в очищенных сточных водах, с помощью анаэробных бактерий, что позволяет полностью исключить потребление электроэнергии из общей сети, на 75% удовлетворить потребности в тепловой энергии и на 85% снизить объем образующегося шлама.

Установка для эффективной комплексной очистки нефтьсодержащих сточных вод [22] отличается стабильностью работы. Загрязненные сточные воды по трубопроводу подаются в механический фильтр тонкой очистки, а затем в вертикальную песколовку. Далее сточные воды падают в камеру смешения с активным илом. Из камеры смешения сточные воды по нагорному трубопроводу с помощью циркуляционного насоса перекачивается в устройство комбинированной биологической очистки. Смесь очищаемых сточных вод и активного ила, прошедшая через загрузку биофильтров установки комбинированной биологической очистки, собирают с помощью сборных поддонов и направляют в стокосборники. В отстойной зоне аэротенка-отстойника происходит седиментация хлопьев ила. Очищенные сточные воды поступают в сборные лотки и отводятся для доочистки в биореакторы глубокой очистки сточных вод. Очищенные сточные воды, прошедшие доочистку, выводятся из установки комплексной очистки. Избыточная биомасса из установки комбинированной биологической очистки и осадок из биореакторов отводятся в устройство обработки избыточного ила.

Для снижения потребления энергии при очистке сточных вод, содержащих органические примеси, разработан биологический анаэробный способ получения биогаза из очищаемых сточных вод [23]. Отмечается, что таким способом, например, в 2009 г. получено в Германии более 2 000 000 м3 биогаза, являющегося экологически чистым источником получения энергии.

На фабрике Gengenbach фирма Alben Ko??hler GmbH Co. KG (Германия) осуществили модернизацию системы очистки производственных сточных вод [24]. В системе был дополнительно установлен мембранный биореактор для качественной очистки сточных вод с целью их возврата в систему оборотного водоснабжения фабрики. Технология комплексной очистки сточных вод с помощью установленного биореактора представляет собой комбинацию анаэробной биологической очистки со ступенью ультрафильтрации. По технологии комплексной очистки осуществляется эффективный процесс осветления сточных вод (отделение твердых и пластичных частиц загрязнений и растворенных примесей) посредством дополнительно установленного мембранного биореактора, что позволяет осуществить возврат очищенных сточных вод в технологический процесс основного производства (приблизительно 90% от их общего количества).

Требования к защите от загрязнения природных водных объектов (океанов, морей, озер, рек, прудов, болот, подземных вод и т.д.) производственными сточными водами химических и нефтехимических предприятий, содержащими вредные примеси различной физико-химической природы, постоянно растут. В связи с этим в промышленно развитых странах мира продолжается эффективная работа по созданию высокопроизводительных с улучшенными технико-экономическими показателями фильтров, устройств и установок для качественной очистки и обезвреживанию производственных сточных вод от нефти и нефтепродуктов, взвешенных частиц загрязнений и других загрязняющих вредных примесей перед сбросом их в канализацию, природные водоемы или на рельеф местности.

Список литературы

  1. Буренин В.В. Способы и устройства для очистки и обезвреживания сточных вод предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности//Химическая техника. 2014. №7, С. 34–42.
  2. Пат. 2402371 Россия, МПК В01D 27/08. Самоочищающийся напорный фильтр для очистки воды.
  3. Пат. 2263531 Россия. МПК F01D 35/02. Фильтр прямоточный для очистки жидкостей от механических примесей.
  4. Пат. 24200283 Россия. МПК B01D 41/02. Устройство непрерывной очистки жидкости от инородных примесей.
  5. Заявка на пат. 102008012305 Германия. МПК B01D 61/08. Фильтрационное устройство для микро-, нано- и ультрафильтрации.
  6. Никифоров Е.А., Яруллин Н.Ю., Никифоров А.Е. Способ адсорбционной очистки воды//Справочник инженера. 2011. №1. С. 46–50.
  7. Баяхметова З.К., Нургалиева Г.О., Джусипбеков У.Ж. Очистка нефтесодержащих сточных вод гуматсодержащими композиционными материалами//В сб. материалов Всероссийской молодежной конференции «Инновации в химии: достижения и перспективы». Казань: КГТУ, 2011. С. 6.
  8. Пат. 2433959 Россия. МПК C02F 1/62. Способ очистки сточных вод от ионов тяжелых материалов.
  9. Пат. 2433960 Россия. МПК C02F 1/62. Способ очистки сточных вод от ионов меди.
  10. Пат. 2482069 Россия. МПК C02F 1/28. Установка для очистки сточных вод от нефтесодержащих и механических примесей.
  11. Ксенофонтов Б.С. Очистка воды и почвы флотацией. М.: Новые технологии, 2004. 224 с.
  12. Панова И.М., Найберт И. Флотационная очистка сточных вод, загрязненных нефтепродуктами//Экология производства. 2011. №10. С. 70–72.
  13. Пат. 2482075 Россия. МПК C02F 1/74. Способ аэрирования нефтесодержащих сточных вод.
  14. Пат. 2440931 Россия. МПК C02F 1/465. Способ очистки сточных вод.
  15. Пат. 2440304 Россия. МПК C02F 1/58. Способ очистки сточных вод от соединений фосфора.
  16. Пат. 2484022 Россия. МПК C02F 1/40. Устройство для очистки нефтьсодержащих сточных вод.
  17. Тронов А.В. Установка для очистки воды от эмульгированной нефти и нефтепродуктов//Справочник инженера. 2011. №1. С. 23–25.
  18. Пат. 2487087 Россия. МПК C02F 3/30. Установка микробиологической очистки сточных вод.
  19. Пат. 2415086 Россия. МПК C02F 3/02. Способ повышения эффективности биологической очистки химически загрязненных сточных вод.
  20. Пат. 2415815 Россия. МПК C02F 3/02. Способ очистки сточных вод.
  21. Die energieautarke Kl?ranlage wird. Realit?t//Galvanotech-nik. 2010. №10. S. 2421.
  22. Пат. 2422379 Россия. МПК C02F 3/02. Установка для биохимической очистки сточных вод.
  23. Muller Claudia. Energie aus Industie-Abwasser//WWT: Was-serwirt Wassiertechn. 2010. №9. S. 32–34.
  24. Bose Matthias. Membranbetrieb trotz hohem Scaling Po-tenzial//Allg. Pap. Rdsch. 2011. №1. S. 16–18.