Как осуществляется очистка сточных вод от нефтепродуктов?

Регулярное загрязнение природных источников воды промышленными отходами приводит к тому, что их способность к самоочищению утрачивается. В некоторых регионах нашей страны до 50-ти процентов всех заболеваний, так или иначе, связано с низким качеством питьевой воды. Только его улучшение, по мнению специалистов, даст возможность увеличить показатель средней продолжительности жизни россиян на срок от пяти до семи лет.

Поэтому обеспечение соответствия питьевой воды установленным санитарным нормам является одной из приоритетных задач организаций, отвечающих за водоснабжение.

Как вы думаете, что будет с нефтью в 2022 году?

• Подорожает
• Подешевеет

Просмотреть результаты

 Загрузка ...

Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов достаточно разнообразны. Рассмотрим их более подробно.

Виды и основные источники нефтяных и нефтепродуктовых загрязнений

Один из наиболее распространенных техногенных видов загрязнений воды, вследствие которого её нельзя не только пить, но и зачастую применять для промышленных нужд   – это примеси различных нефтепродуктов.

Среди достаточно обширного списка всевозможных видов загрязнений в отдельную группу специалисты выделяют неидентифицированные нефтяные углеводороды.

В неё входят:

• мазутные примеси;
• керосиновые загрязнения;
• бензиновые загрязнения;
• примеси различных нефтяных масел.

Все перечисленные выше соединения высокотоксичны, из-за чего крайне опасны для экологического состояния окружающей среды. Эти нефтяные примеси заносятся в почву вместе со стоками, а уже из неё распространяются по природным и искусственным водоемам, на которых и установлены водозаборы, снабжающие гражданские и  промышленные объекты.

Нефтяные и нефтепродуктовые примеси делятся на следующие категории:

• легко отделимые;
• трудноудаляемые;
• растворимые.

Трудноудаляемые виды примесей, как правило, находятся в капельном (грубодисперсном) состоянии. В зависимости от их количества, они могут образовывать на водной поверхности либо плавающую пленку, либо  цельный поверхностный слой. Такие примеси составляют большую часть нефтяных загрязнений.

Легко отделимые примеси составляют гораздо меньшую часть.  В основном при соединении их с водой  образуется в эмульсия. Если вовремя не принять мер по её удалению, то она, вследствие своей высокой устойчивости, может сохраняться в воде длительное время. Однако, соответствующая обработка загрязненной эмульсией воды переводит этот вид примесей в такое состояние, которое с легкостью можно удалить.

Растворимых соединений – еще меньше, поскольку органические компоненты, составляющие структуру нефти и нефтепродуктов, плохо растворяются в воде.  Однако, концентрация нефтепродуктов, точнее – их водорастворимых соединений, при длительном контакте загрязнений с водой постепенно увеличивается.

Приведем пример: практические исследования, проведенные специалистами, привели к следующим результатам – в случае увеличения длительности непосредственного контакта воды и нефтепродуктов с двух часов до пяти  суток концентрация возрастает следующим образом:

Если говорить о растворимости бензина разных марок, то она, кроме продолжительности контакта с водой, также зависит от концентрации  в топливе метильных и метиленовых химических соединений. Поэтому равновесная концентрация бензинов, растворенных в воде, варьируется (в зависимости от марки)  от  12-ти  до 34-х миллиграммов на один литр.

К основным источникам такого рода водных загрязнений относятся:

1. нефтехранилища;
2. нефтеперерабатывающие предприятия (НПЗ);
3. предприятия, обеспечивающие транспортировку нефти и нефтепродуктов;
4. нефтеперевалочные базы (раздача топлива);
5. иные предприятия, входящие в  топливно-энергетической комплекс.

Технологические процессы большинства перечисленных выше предприятий допускаю разливы нефтепродуктов и сырой нефти, а также предусматривают такие процессы, как:  мытье оборудования и резервуаров с помощью воды или водных растворов; слив конденсата, который образует высокая концентрация паров нефтепродуктов и воды, загрязненной нефтепродуктами; попадание в промышленные стоки оборотной воды, загрязненной нефтяными примесями через подшипники и  сальники применяемого оборудования. Помимо этого, загрязненные нефтепродуктами сточные воды образуются в случаях  нарушения герметичности емкостей для хранения таких продуктов, и в результате процесса конденсации влаги из воздуха.

Нельзя не сказать и еще об одном факторе, провоцирующем загрязнение. В некоторых разновидностях нефтепродуктов (например, в топливе различных марок) могут содержаться до двух процентов разных добавок, которые в случае  длительного хранения способны выпадать в осадок. В таких случаях промывка оборудования приводит к попаданию этих добавок в промышленные стоки.  Хотя доля загрязнений этого типа и небольшая, но зачастую такие вещества обладают повышенной токсичностью, весьма опасной для человеческого организма.

Чтобы свести к минимуму вероятность загрязнения водоемов отходами нефти и нефтепродуктов, поступающих с промышленными  стоками с предприятий топливно-энергетического комплекса,  необходимо уделить особое внимание тому, чтобы очистка сточных вод от нефтепродуктов была максимально эффективной, и максимальному ужесточению контроля содержания нефтяных примесей в используемой  воде.

Очистка воды от нефтепродуктов, как правило, происходит на очистных сооружениях  локального, районного, городского и общего типа.

Например, на крупных нефтебазах и перекачивающих  станциях магистральных нефтепроводов чаще всего используются общие типы очистных сооружений. Локальные очистные сооружения обычно применяются на тех предприятиях, где повышен риск попадания в стоки больших  количеств сырой нефти и продуктов нефтепереработки. Такие средства очистки дают возможность обезвреживать стоки сразу после операций  технологического процесса. Обработанные на этих очистных сточные воды либо сразу сбрасываются в естественные водоемы, либо направляются для дополнительной обработки на очистные сооружения  районного или городского типа.

Читать также: Сколько литров нефтепродуктов содержится в барелле нефти?

Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов

Основными методами очистки сточных вод от примесей нефти и  нефтепродуктов являются:

• механические методы;
• химические способы;
• физико-химические методики;
• биологические методы очистки.

В дальнейшем в статье будут использованы следующие термины:

1. кажущаяся плотность – это масса сухого материала, деленная на  общий его объем;
2. общий объем – это сумма всех объемов твердой фазы закрытых и  открытых пор взятого образца;
3. истинная плотность – это массы материала, деленная на его истинный объем.

Методы механической очистки стоков

В качестве самостоятельного способа механическая очистка сточных вод применяется в тех случаях,  когда очищенная таким методом вода пригодна либо для использования для нужд  технологического производственного процесса, либо может быть спущена в естественный водоем без нанесения какого-либо вреда  его экологическому состоянию.

Во всех прочих  случаях этот метод  служит для первичной очистки воды от примесей нефтепродуктов. Механический метод очистки дает возможность  удалить от 60-ти до 65-ти процентов взвешенных частиц различных веществ.

Наиболее часто используемыми методами механической  очистки стоков от нефтяных и нефтепродуктовых загрязнений являются:

• отстаивание;
• центробежное удаление загрязняющих воду примесей;
• фильтрация.

Во время отстаивания те примеси, плотность которых выше, чем плотность воды, оседают на дно, а те примеси, чья плотность, наоборот, ниже водяной,   всплывают на поверхность. Сооружения для такого способа механической очистки называются отстойники. Они представляют собой резервуары, находящаяся в которых сточная вода очищается, находясь  в состоянии покоя.

На предприятиях нефтедобычи, нефтепереработки и нефтетранспорта, как правило, используются так называемые  статические виды отстойников. Выдержка в них стоков в течение от шести часов до суток позволяет удалить от 90 до 95 процентов легко отделимых видов загрязнений и некоторую (правда, весьма незначительную) часть примесей трудноудаляемого типа.

Принцип действия  динамических отстойников основан на удалении  части нефтяных и нефтепродуктовых примесей в потоке воды. Такие виды отстойников могут быть как  горизонтальными, так  и вертикальными. Как понятно из названия, вода в динамических отстойниках  первого типа движется в горизонтальном направлении, а в вертикальных очищаемая вода течет снизу вверх. Такой динамический отстойник состоит из следующих основных элементов:

1. корпуса нефтеловушки;
2. гидроэлеватора;
3. нефтесборной трубы;
4. перегородки;
5. скребкового транспортера.

Кроме того, отстойники динамического типа снабжены  специальными приспособлениями, позволяющими собирать осевшие на дно осадки и всплывшие на поверхность загрязнения.

По такому признаку, как вид удаляемого загрязнения,  отстойники горизонтального типа делят на:

• нефтеловушки;
• песколовки;
• жироловки;
• бензоловки;
• мазутоловки.

Как правило, все нефтеловушки и прочие очистные аппараты такого типа обладают  приблизительно  одинаковой конструкцией, в которую входят расположенные в  горизонтальной плоскости резервуары, внутри снабженные двумя перегородками (одна – возле дна, вторая – возле крышки).

В медленно текущей по горизонтали воде происходит оседание веществ с большей плотностью и всплытие веществ с меньшей. При этом одна из перегородок, которая установлена возле крышки нефтеловушки,  задерживает примеси на поверхности очищаемой воды, а вторая, которая находится ближе к дну нефтеловушки, удерживает оседающие вниз загрязнения.

Помимо описанных выше очистных отстойников, для удаления нефтяных загрязнений  также применяются  аппараты, принцип действия которых основан на действии центробежных сил. Как правило, для такого метода используются аппараты, называемые гидроциклонами.

Гидроциклоны бывают двух видов – безнапорные (открытые) и напорные.

В гидроциклонах напорного типа,  в аппарат очищаемая вода подается под давлением,  через специальный патрубок, расположенный тангенциально. Это позволяет создать вдоль конических и цилиндрических стенок гидроциклона спиралевидный поток, в результате чего вредные примеси опускаются в нижнюю часть аппарата. Очищенная таким способом вода выливается через отводную трубу, которая расположена центрально в верхней части гидроциклона. Показатель извлекаемых таким способом нефтяных примесей и примесей различных нефтепродуктов может достигать значения 70 процентов.

Конструкция гидроциклонов безнапорного (открытого) типа  позволяет создавать спиралевидный поток очищаемых стоков за счет откачки сточных вод, которая происходит  из патрубка, расположенного  в нижней части гидроциклона тангенциально. В таком гидроциклоне поверхностная нефтяная и нефтепродуктовая пленка концентрируется в центральной части аппарата, а затем выводится через патрубок сброса, расположенный по центру.

Чтобы эффективно удалить из сточных вод нефтяные загрязнения, которые находятся в вязко-текучем или  жидком агрегатном состоянии, нередко применяют такой способ очистки, как фильтрация.

Этот метод традиционно используется для удаления примесей, представленных мелкими твердыми частицами, которые задерживаются либо специальными сетками, либо  пористыми зернистыми материалами или тканями.

Однако, очистка стоков методом фильтрования от нефтяных и нефтепродуктовых примесей основана том, что вязкие частицы указанных примесей прилипают к поверхности материала фильтра.

Грубодисперсные частицы нефтепродуктов задерживаются с помощью  сеток, изготовленных  из разных  материалов, а также при помощи специальной фильтровальной ткани. Такая фильтрация происходит в микрофильтрах, которые представляют собой вращающиеся барабаны, в которых плотно закреплены фильтрующие материалы. Диаметр таких барабанов, которые вращаются в горизонтальной плоскости, варьируется от полутора до трех метров.

Принцип такого фильтрование заключается в следующем: сточные воды, загрязненные нефтепродуктовыми  примесями, поступают внутрь вращающихся фильтровальных барабанов, а очищенная вода выходит наружу сквозь фильтрующие материалы. Само фильтрование основано на разнице уровней очищаемой воды внутри барабана и  и снаружи его.

Глубокая очистка воды от вредных нефтяных загрязнений подразумевает использование для фильтрования каркасных каркасного типа. В качестве фильтрующих материалов в таких фильтрах используются:

Читать также: Как ликвидировать разлив нефтепродуктов и устранить загрязнения?

• зернистые пористые материалы:
• кварцевый песок;
• антрацит;
• керамзит;
• котельный или металлургический шлак;
• пенополистирол.

Эта группа фильтрующих материалов обладает адгезионными свойствами по отношению к нефти и её производным.

• эластичные и волокнистые материалы:
• синтетические нетканые;
• эластичные пористые (к примеру, пенополиуретан).

Помимо своих высоких сорбционных свойств, эти материалы за счет рыхлости своей структуры обладают также повышенным уровнем  грязеёмкости. Таком фильтрующий материал, как  пенополиуретан, используется в качестве основы при изготовлении фильтров, предусматривающих эластичную загрузку. Такая технология специально разрабатывалась именно для очистки сточных вод  от нефтяных и нефтепродуктовых примесей.

Использование пенополиуретана обусловлено достаточной высокой степенью его эластичности, а также механической прочностью, высокой химической стойкостью и особыми гидрофобными свойствами этого материала. Помимо перечисленных достоинств, пенополиуретан  имеет низкую кажущуюся плотность, которая колеблется в пределах от 25-ти до 60-ти килограммов на кубометр, а также обладает открытой ячеистой структурой с высокой степенью разветвленности пор, чьи средние диаметры варьируются от 0,8 до 1,2 миллиметра.

Перечисленные фильтрационные материалы обеих групп похожи между  собой по технологии применения в очистке,  но имеют серьезные отличия  между собой по способам регенерации среды фильтрования, а также по показателю грязеёмкости. При любой фильтрации стоков в фильтрационных материалах скапливаются задержанные ими вредные примеси. Постепенно граница насыщения этими загрязнениями смещается от внешней поверхности материала фильтра вглубь него.

Этот процесс продолжается дл тех пор,  пока фильтруемые примеси не станут проявляться в отфильтрованной воде. Длительность этого процесса напрямую зависит как раз от такого показателя, как грязеёмкость.

Третья группа материалов для фильтрования нефтяных загрязнений имеет совершенно другой механизм действия.

• фильтровальная коалесцирующая среда.

В прошлом такие  фильтровальные среды создавались с помощью зернистых сыпучих пористых материалов, таких, как кварц, силикатный песок, гравий, дробленые мрамор и антрацит, кольца Рашига, керамическая крошка и некоторые виды синтетических  зернистых полимеров. В настоящее время все большую популярность набирают сорбционные фильтрующие материалы природного происхождения, такие, как шунгитовые породы. Исследованиями доказано, что такой фильтрующий материал обладает достаточной эффективностью при очищении водных стоков от плавающих свободных нефтепродуктовых пленок, а также от взвешенных веществ в тонкодисперсном состоянии (размер частиц – примерно три микрометра).

Как правило, в породах шунгитового типа содержатся:

1. углерод – от 25-ти до 30-ти процентов;
2. оксид кремния – чуть меньше 55-ти процентов;
3. оксид алюминия – около 4-х процентов;
4. остальное – разные примеси.

При прохождении загрязненной нефтью или нефтепродуктами воды сквозь тонкие каналы такого материала, мелкие частицы нефтяных примесей начинают разрушаться и переходят в эмульгированное (неустойчивое) состояние. После выхода очищаемой воды из  такой фильтрационной среды, нефтепродуктовые  загрязнения собираются в крупные грязевые частицы, диаметр которых составляет несколько миллиметров. Они скапливаются на поверхности осветленного стока и легко извлекаются из него.

Очистка химическими методами

Суть всех таких методик –  это добавление в очищаемые сточные  воды специально разработанных химических реагентах, вступающих в реакцию с нефтяными загрязнениями и нефтепродуктами.  Зачастую такие химические вещества вызывают выпадение примесей в виде осадков.

Это чаще всего обусловлено окислением углеводородных составляющих нефти и её производных. Один из таких способов химической очистки стоков от нефтяных загрязнений  – химическое озонирование.

Методы физико-химической очистки

Основными способами  физико-химической очистки сточных вод являются:

• коагуляция;
• флотация;
• сорбция.

Суть коагуляции – ускоренное превращение тонкодисперсных (размеры частиц – от 1-го до 100 микрометров) и эмульгированных видов загрязнений в образования более крупного размера, которые затем  выпадают в виде  осадка. Как правило, этот процесс стимулируют особые  химические реагенты, называемые коагулянтами.

Их действие приводит к образованию в воде хлопьев, обладающих слабым электростатическим положительным зарядом. Такие хлопья начинают  взаимодействовать с нефтяными примесями, которые находятся в коллоидном состоянии, и тоже имеют слабый электростатический заряд. Коагулянт электростатически притягивает эти  примеси, в результате чего они, повинуясь действию силы тяжести,  выпадают в виде осадка рыхлой структуры на дно очистного резервуара. Затем их оттуда с легкостью удаляют.

Процесс флотации, напротив, приводит к образованию  на поверхности очищаемой  воды устойчивой пены, посредством которой захватываются и удерживаются довольно долгое время вредные  примеси нефти и её производных. Такой пенный слой тоже без проблем отделяется от очищенных стоков.  Основу вышеописанной пены составляет устойчивое соединение  воздушных или газовых пузырьков с нефтепродуктовыми частицами.

По такому признаку, как принцип образования флотационных пузырьков, этот процесс разделяется на:

• механическую флотацию;
• вакуумную флотацию;
• электрофлотацию.

Механическая флотация подразумевает пенообразование, вызываемое путем дробления водных капель воздушным потоком, создаваемым при помощи специальных турбин, называемых импеллерами. В этом процессе также используются либо форсунки, либо пористые пластины.

Принцип вакуумной флотации заключается в создании зоны разряжения внутри камеры вакуумного флотатора. В этих разряженных условиях воздух, растворенный в воде, выделяется в форме пузырьков.

Электрофлотация для создания пены требует пропускания постоянного электротока через очищаемую воду, в которой присутствуют нефтяные загрязнения. Результатом этого процесса является насыщение воды газообразными водородными пузырьками, которые образуются на катоде.

Однако наивысшая степень очистки нефтяных стоков достигается только после применения метода сорбции.

Физико-химические очистные методики характеризуют сорбцию как поглощение из очищаемой воды  сорбентом твердой консистенции присутствующих в ней вредных примесей, в том числе и нефтепродуктовых. Сорбентами могут выступать самые разные материалы, имеющие пористую структуру: торф, кокс, зола,  силикатный гель и разнообразные  виды активных глин. Сорбентами с самым большим показателем эффективности специалисты считают различные виды  активированного угля.

Читать также: Для чего нужны ингибиторы коррозии в нефтедобыче?

Это обусловлено высоким показателем их пористости, а также большой величиной их удельной поверхности. Пористость этого материала варьируется от  60-ти до 70-ти процентов, а показатель его удельной поверхности (в зависимости от того, по какой технологии такой уголь изготовлен) колеблется  от пятисот  до полутора тысяч  квадратных  метров на один грамм.

Очистка сточных вод биологическими методами

В настоящее время многие специалисты сходятся во мнении, что  биологические очистные методики являются самым перспективным направлением в этой области.

Суть этих  методов заключается в использовании для очистки воды от нефти и её производных  способностей различных микроорганизмов к расщеплению и усвоению вредоносных примесей.

Другими словами, нефть-сырец и нефтепродукты используются ими в процессе своей жизнедеятельности как источники питания. Результатом применения биологических методов очистки окисление нефтепродуктовых примесей превращает их в совершенно безопасные продукты: углекислый газ, обычную воду, нитратные и сульфатные соли и прочие безвредные соединения.

Применение биологических способов очистки стоков от примесей нефти и е производных подразумевает применение специальных аэротенков и биологических фильтров.

Как правило, биологические фильтры являются большими железобетонными резервуарами, оборудованными  дырчатыми днищами. Внутри этих резервуаров находится зернистый фильтрационный материал: щебень,  шлак или гранулированная пластмасса. Этот фильтрующий материал подвергается орошению особой средой, содержащей микроорганизмы.

Сам процесс очистки нефтепродуктовых стоков обеспечивается жизнедеятельностью этих  микроорганизмов, заселивших фильтрующую  поверхность и образовавших на ней так называемую биологическую пленку.

Применение для биологической очистки воды от нефти и нефтепродуктов аэротенков является более совершенной и продвинутой технологией. Аэротенки представляют собой резервуары длиной до 100 метров, выполненные из железобетона. В эти резервуары,  помимо самих сточных вод, подается ещё и барботируемый воздух, который способствует более продуктивному развитию очищающих воду  микроорганизмов.

В результате на поверхности фильтрующего материала образуется так называемый активный ил, действие которого приводит к активному разложению примесей нефти и её производных. Сам активный ил является скоплением микроорганизмов нескольких видов. Один из этих видов отвечает за расщепление нефтяных загрязнений на безвредные для экологии вещества, и одновременно выступает в качестве источника питания для других присутствующих в иле микроорганизмов.

Если создать в аэротенке оптимальные условия, то в нем будет происходить не только сама очистка стоков, но и будут эффективно функционировать все виды  сообщества микроорганизмов. При этом не будет происходить гибель какого-либо вида представленного сообщества, а биомасса не будет чрезмерно нарастать.

При оценке эффективности очистных мероприятий, выполняемых для удаления из стоков нефтяных и нефтепродуктовых загрязнений, вне зависимости от применяемой методики, используют следующие качественные критерии получаемой на выходе воды:

• содержание в очищенной воде взвешенных веществ;
• содержание нефтепродуктов в очищенных стоках;
• уровень рН;
• биологическое потребление кислорода.

Высокая степень индустриализации современного общества приводит к тому, что в процессе своей хозяйственной деятельности человек наносит существенный вред экологии окружающей его среды. В связи с этим, вопросы экологической безопасности вообще, и очистки воды от нефтяных и нефтепродуктовых загрязнений – в частности, являются очень важными и актуальными.

Специалисты предлагают несколько методик эффективного удаления нефтяных и прочих загрязнений, однако их внедрение требует существенных материальных вложений, поскольку многие предприятия топливно-энергетического комплекса построены еще в прошлом веке, и создание на их территориях современных очистных комплексов приводит к необходимости остановки некоторых технологических  процессов. Разумеется, это приводит к серьезным экономическим убыткам.

Однако, необходимость создания средств экологической защиты на предприятиях ТЭК понятна всем, и для изменения ситуации в лучшую сторону необходима не только добрая воля руководства самих предприятий, но и меры государственного воздействия, такие, как увеличение размеров штрафов для экологически небезопасных предприятий, ограничение их деятельности или вообще полная остановка производства.  Только в таких условиях возможно создание эффективного комплекса сооружений по защите экологического состояния среды нашего обитания.