Рассмотрены современные схемы очистки сточных вод от гидрофильных частиц предприятий автотранспорта. Выявлены особенности замкнутых систем водоснабжения, а также принципиальные положения для гидроструйной системы промывки поверхностей, как неотрывной части технологического процесса.
Ключевые слова: автотранспорт, железные дороги, загрязняющие вещества, замкнутое водоснабжение, локомотивы, нефтепродукты, ПАВ, сточные воды, очистка сточных вод от нефтепродуктов, флотация, флотокомбайн.
Modern schemes of wastewater treatment from hydrophilic particles of automobile enterprises are considered. The features of closed water supply systems, as well as the fundamental provisions for a hydro-jet system of washing surfaces, as an integral part of the process, are revealed.
Key words: motor vehicles, railways, closed water cycle, locomotives, oil, surfactant, wastewater, wastewater from oil, flotation, flotocombine.
Введение
Сточные воды предприятий железнодорожного транспорта, производственные и дождевые, относятся к опасным для окружающей среды последствиям. По статистике подавляющее число объектов по очистки сточных вод предприятий автотранспорта имеют весьма примитивные локальные очистные сооружения, нередко на данных очистных сооружениях не удается добиться требуемых показателей качества сточных вод, позволяющих применять высокотехнологичное оборудование гидроструйной промывки поверхностей. Неблагоприятная ситуация с очисткой сточных вод в Российской Федерации обусловлена недостаточно эффективной работой очистных сооружений.
Приоритетными загрязняющими веществами продолжают оставаться нефть и нефтепродукты, тяжелые металлы, поверхностно-активные вещества, сульфаты и хлориды.
В данной работе проанализированы основные тенденции и современные технологии очистки сточных вод, обозначены перспективные направления исследования и продемонстрированы основные схемы, применяемые на предприятиях не только железнодорожного, но также автотранспорта, поскольку состав сточных вод является подобным.
I
Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих воду. Нефть и продукты ее переработки представляют собой чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь веществ.
В естественной среде 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.
Фоновое содержание нефтепродуктов в речных, озерных, морских, подземных водах и атмосферных осадках колеблется в довольно широких пределах и чаще всего составляет сотые и десятые доли мг/дм3.
Нефть и ее производные опасны для здоровья человека, ухудшают органолептические качества воды, придают ей стойкий «нефтяной» запах. В присутствии нефтепродуктов вода приобретает специфический вкус, изменяется ее цвет, рН, ухудшается газообмен с атмосферой. Отрицательное их влияние, особенно в концентрациях 0,001–10мг/дм3, и присутствие в виде пленки сказывается и на развитии высшей водной растительности и микрофитов.
Предельно допустимая концентрация нефтепродуктов в воде по СанПиН 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» составляет 0,1мг/ дм3. ПДКв — 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.
В составе сточных вод, образующихся на предприятиях железнодорожного транспорта, содержатся загрязняющие компоненты в различных фазово-дисперсных состояниях, поэтому для достижения требуемого эффекта очистки стоков необходимо применять комплексные системы, включающие различные методы выделения и деструкции.
Имея данные по расходам сточных вод, их подробную характеристику, в том числе и по содержанию примесей, а также требования к очищенной воде, отбирают для проверки несколько методов. На основании экспериментальных исследований с учетом технико-экономических показателей выбирают оптимальный метод. Выбор зависит от многих факторов:
количества сточных вод различных видов, их расхода, возможности и экономической целесообразности извлечения обнаруженных вредных примесей;
требований к качеству очищенной воды при ее использовании для повторного и оборотного водоснабжения и сброса в водоем, мощности водоема, наличия районных или городских очистных сооружений.
II
Выбор схемы очистки, удовлетворяющей всем основным требованиям, является многозадачным вопросом. Проектирование системы водоснабжения должно осуществляться с учетом наилучших доступных технологий. Для сточных вод железнодорожного транспорта характерно большое содержание нефтепродуктов, взвешенных веществ, высокие показатели ПАВ, большое количество кислот, щелочей, тяжелых металлов и прочих соединений. Как правило, очистка таких вод включает в себя следующие стадии: отстаивание, реагентная обработка, флотирование, фильтрование и обеззараживание. Любая очистка сточных вод до требуемой степени достигается путем создания многоуровневого комплекса, состоящего из вышеперечисленных систем очистных сооружений. Сброс очищенных вод осуществляется согласно требованиям Заказчика и законодательства РФ. В литературе представлено множество схем, используемых в практике очистки нефстесодержащих сточных вод. Компанией ЗАО «Экологический промышленно-финансовый концерн» была разработана установка Мойдодыр Л(Н)-Ф, которая осуществляет очистку производственных сточных вод с территорий локомтивного депо и других частей ж/д объекта. Очистка воды производится преимущественно от взвешенных веществ и нефтепродуктов как в эмульгированном, так и растворенном состоянии.
Рис. 1. Примерный общий вид установки Мойдодыр Л(Н)-Ф
Установка должна быть размещена в отдельном здании, которое согласно требованиям к эксплуатации должно иметь отопление и вентиляцию. Предусмотрены три последовательно расположенные ступени очистки воды:
Первая из них(флотатор) содержит тонкослойный полочный отстойник и флотатор, расположенный в одном блоке.
Вторая ступень (доочистки) имеет четыре фильтра с синтетическим материалом «Уремикс-913», установленных параллельно.
Третья ступень (сорбционной очистки) включает два адсорбционных фильтра, загруженный активированным углем марки АГ-3. Данная схема достаточно универсальна в эксплуатации, однако недостатками данной установки являются: отсутствие контроля за качеством воды в режиме реального времени, отсутствие блока обеззараживания воды. Длительное время срабатывания накопленного стока, тоже может быть отнесено к недостаткам. Более того, установка рассчитана на малопроизводительное производство. Воду, полученную после данной установки, нельзя сбрасывать в водоемы рыбохозяйственного назначения.
На рисунке 2 представлена одна из принципиальных схем очистки сточных вод нефстесодержащих стоков, разработанная на кафедре «Водоснабжение и водоотведение» уфимского государственного нефтяного технического университет [2]. Ключевым узлом данной схемы стал аппарат электрофлотации с раздельным использованием водорода и кислорода, полученных при электролизе очищаемой воды, представленный на рисунке 2. Очистка сточных вод производится следующим образом. Вода через патрубок 17 подается в приемную камеру 3, откуда во флотационную камеру 4, где происходит флотация за счет выделившегося в процессе электролиза водорода. Шлам через пеносборное устройство 14 удаляется в шламовую камеру 12, водород отводится через патрубок 15, а предварительно очищенная вода попадает в каталитическую камеру 10, заполненную каталитической минеральной загрузкой, где смешивается с насыщенной кислородом водой из анодной камеры.
Рис. 2. Электрофлотатор с раздельным использованием кислорода и водорода
В качестве каталитической загрузки применен алюмомарганцевый катализатор АОК-7541 производства ОАО «Катализатор» (г. Новосибирск). За счет кислорода, полученного электролизом очищаемой воды, происходит окисление органических веществ, причем эффект окисления усиливается каталитической загрузкой. Загрязняющие вещества флотируются и удаляются с помощью пеносборного устройства 14 в шламовую камеру 12, кислород отводится через патрубок 16, а вода поступает в камеру сбора очищенной воды 11 и отводится из аппарата через патрубок 18. Часть очищенной воды через систему рециркуляции 19 подается на вход анодной камеры 7. Схема установки представлена на рис.3.
Сооружение очистки нефтесодержащих сточных вод работает следующим образом. Сточные воды поступают в накопитель -усреднитель 1, в котором осаждаются крупные взвешенные вещества и удаляются на шламовые площадки 12, а вода забирается насосной станцией 2 и подается на трехпродуктовый гидроциклон 3, в котором от воды отделяются эмульгированные нефтепродукты и взвешенные вещества. Последние удаляются на шламовые площадки 12, а обводненные нефтепродукты поступают на гидрофобный фильтр 8, в котором концентрируются и подаются в накопитель 9, а извлеченная вода поступает в «голову» сооружений. Далее сточные воды подлежат тонкой очистке на электрофлотаторе 4. Очистка воды от взвешенных веществ и нефтепродуктов происходит в камере флотации пузырьками водорода, образующимися за счет электролиза воды. В вершинах пирамид пеносборного устройства образуется пена, содержащая извлеченные загрязняющие вещества. Флотошлам подается в гидрофобный фильтр 9 для концентрирования нефтепродуктов. Очищенная от диспергированных загрязнений в камере флотации вода поступает в каталитический блок 10, загруженный зернистым алюмомарганцевым катализатором АОК-7541. В этот же каталитический блок поступает вода из анодной камеры, содержащая газообразный кислород, образующийся за счет электролиза воды на аноде, выполненном из графита. Кислород окисляет органические вещества, растворенные в воде, причем его окислительная мощность существенно увеличивается за счет каталитической активности катализатора, размещенного в каталитическом блоке. Продуктами окисления являются углекислота и вода, а также водорастворимые альдегиды, кетоны и нерастворимые органические вещества в виде коллоидных частиц. Дальнейшая глубокая очистка воды от коллоидных частиц и растворенных трудно окисляемых органических веществ происходит в электрохимическом фильтре 5 и сорбционном фильтре 6, при этом снижаются значение химического потребления кислорода (ХПК), нормируемое при сбросе сточных вод в водные объекты, и концентрация нефтепродуктов.
Регенерация фильтров 5 и 6 производится обратной промывкой чистой водой, забираемой из резервуара чистой воды 7 промывным насосом 10. Промывная вода отстаивается в отстойнике 11, после чего возвращается в «голову» сооружений, а осадок обезвоживается на иловых площадках 12, оборудованных дренажной системой. Дренажная вода откачивается дренажным насосом 13 в «голову» сооружений. Сточная вода нефтехимического производства содержит нефтепродукты, взвешенные вещества, органические кислоты, анионоактивные ПАВ.
Данная схема обладает высокой эффективностью очистки, также преимуществом использования данной схемы является наличие модернизированного аппарат электрофлотации, в котором за счет разделения отвода газообразного водорода и кислорода увеличивается надежность и безопасность использования аппарата электрофлотации, поскольку снижается вероятность образования гремучего газа. Однако, несмотря на свои достоинства, данная схема обладает существенным недостатком — усовершенствованный аппарат электрофлотации требует больших энергозатрат, а также экономических вложений, что увеличивает срок окупаемости данной установки
Далее, рассмотрим схему, предложенную для очистки сточных вод автомойки ОАО «ЦПП» (рис.3). Данные очистные сооружения предназначены для очистки сточных вод в системах оборотного водоснабжения при мойки грузовых, легковых автомобилей и автобусов независимо от вида топлива и типа предприятия и рассчитаны на пропуск сточных вод, поступающих от обмыва при максимальной пропускной способности мойки:
− грузовых автомобилей III категории до 60 авт./сут.
− автобусов III категории д 100 авт./сут.
− легковых автомобилей до 150 авт./сут.
Рис. 3. Технологическая схема очистки сточных вод
Сточные воды с поста мойки автомобилей самотеком поступают в подземный резервуар, размещаемый в участке мойки и оборудованный решетчаты контейнером для задержания крупных предметов и погружным насосом типа ГНОМ, подающим сточные воды на напорный гидроциклон для осветления. Затем под остаточным напором сточные воды поступают в очистную установку, представляющую из себя блок, состоящий из тонкослойного отстойника, кассетных фильтров с сипроновой загрузкой, бака и насоса очищенной воды, откуда насосом очищенной воды подаются снова на мойку автомобилей, В холодное время года очищенная оборотная вода подается на водоподогреватель и затем на мойку автомобилей.
Осадок от очистной установки самотеком выпускается в подземный резервуар для осадка, откуда самовсасывающим грязевым насосом перекачивается на фильтр-транспортер для обезвоживания. Осадок от напорного гидроциклона непосредственно поступает на фильтр-транспортер для обезвоживания.
Всплывшие в очистной установке нефтепродукты самотеком сливаются в разделительный бак для масла, из которого сливаются в емкость вывоза.
Подпитка системы оборотного водоснабжения предусмотрена автоматической подачей свежей воды от сети водопровода предприятия в приемный резервуар сточных вод при установлении в нем уровня воды ниже расчетного.
III
На основании вышеприведенного обзора существующих схем была предложена следующая схема очистки сточных вод с расходом 5 м3/ч, показанная на рисунке 4. Данная схема очистки включает в себя: песколовку, тонкослойный отстойник, флотокомбайн, в который предварительно подается доза реагентов. А также система механических и сорбционных фильтров, после которых вода подается на обессоливание.
Рис. 4. Технологическая схема очистки сточных вод. МГТУ им Н. Э. Баумана, кафедра экологии м промышленной безопасности
Сточная вода после технологического процесса с целью предварительного удаления грубодисперсных примесей поступает в песколовку, размещенную перед отстойником, далее сточная вода. В отстойнике осаждается большая часть взвешенных веществ. Во входной камере флотоотстойника происходит смешение сточной воды с реагентами, которые подаются насосами-дозаторами из емкостей для реагентов 4 и 5. После смешения сточная вода подается в камеру отстаивания, где происходит извлечение взвешенных веществ с высокой гидравлической крупностью. Далее очищаемый сток проходит через блок расходящихся пластин, который служит для согласования гидродинамических режимов в камерах отстаивания и флотации. После этого очищаемый сток попадает в камеру флотации, куда также подается рабочая жидкость из сатуратора 6. В камере флотации происходит процесс образования флотокомплексов и всплытие их в пенных слой, а также происходит осаждение гидрофильных загрязнений. После сточные воды подаются сперва на систему доочистки, состоящую из механических зернистых фильтров с загрузкой сорбент АС, а далее на сорбционные фильтры с загрузкой из активированного угля. При этом механические фильтры работают последовательно, тогда, как сорбционные включены параллельно. Основными достоинствами представленной схемы является ее компактность за счет применения комбинированной флотомашины. Высокая эффективность очистки достигается: за счет уменьшения турбулентности вследствие отсутствия перехода сточных вод из одного функционального блока в другой. Также схема является более экономичной, поскольку применение флотационной машины позволяет сократить количество используемых реагентов. После прохождения всех этапов этой схемы сточные воды своим количественным и качественным составом соответствуют требованиям, предъявляемым к водам, сбрасываемым в водоемы рыбохозяйственного назначения.
Выводы
Таким образом, в настоящей работе показана возможность применения флотокобайнов для интенсификации флотационной очистки вод для оборотных систем водопользования.
Литература:
- СанПиН 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».
-
Райзер Ю.С, Назаров М.В «Очистка нефтесодержащих сточных вод с применением электрофлотации.
Уфа:Нефтегазовое дело, 2010.
-
Коваленка М.А, Пашинин В.А «Блочно-модульная установка для очистки сточных вод».
М:Мир транспорта, 2012.
- Типовой проект 902–2–416–86 «Очистные сооружения от сточных вод для мойки автомобилей».
