Гл а в а 18 Защита водных объектов от загрязнений

601

Глава 18

ЗАЩИТА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

18.1. Способы очистки нефтесодержащих стоков

Способы очистки нефтесодержащих стоков и их эффективность

во многом зависят от методов транспортирования стоков от места

их образования до очистных сооружений, так как в воде могут про­

исходить изменения, существенно ухудшающие и усложняющие

проt~ессы очистки.

При выборе технологии очистки конкретного стока определяю­

щими факторами являются:

•расход стока;

•исходная концентрация нефтепродуктов и сопутствующих за­

грязнений;

•требования к качеству очищенной воды по всем нормируемым

загрязнениям.

Таким образом, в зависимости от требований к качеству очищен­ ной воды выбирается технологическая схема очистки сточных вод,

основу которой составляет механическая обработка При этом в за­

вИсимости от конкретных условий используются гравитационные устройства разнообразных конструкций, а с целью повышения эф­ фекта очистки может быть осуществлена nредварительная или nос­

ЛЕ'дующая обработка стоков

На практике достаточно широко используется отстаивание с ис­

пользованием реагентов (коагулянтов, флокулянтов, их комбина­ ций) или без них. Кроме того, технология очистки может включать

фильтрование, флотацию, сорбцию, центрифугирование, хлорирова­ ние или озонирование. Краткая характеристика методов очистки нефтесодержащих стоков приведена в табл. 18 1

Методы механической очистки, основанные на гравитаци­ онном разделении материалов, позволяют извлекать из сточ­

ных вод нефтепродукты, находящиеся в грубодисперсном (ка­ пельном) состоянии. Поэтому эти методы применяются совместно

с другими, более тонкими методами

Используемые для механической очистки стоков решетки, пес­ колонки, нефтеловушки, отстойники и другие устройства предназна­

чаются для задержания основной массы сопутствующих загрязне­

ний минерального происхождения (песок, земля), а также для за­

щиты от износа и забивания устройств и сооружений, устанавлива-

602	Час т ь	11. Мониторинг и защита окружающей среды
				Таблица 18.1
Сnособ очистки		Доnустимая	Дости-	Примечанне
нефтесодержащих		начальная	гаемая
	вод	концентрация	глубина
		нефтеnродуктов очистки,
		в стоках, мг/л	мг/л
Механический (от-		> 1000	40... 1000	Не очищает от эмульгированных
стаивание)				nродуктов
Физика-химические:
	коалесценция	100	10... 15	Частично очищает от эмульгиро-
				ванных nродуктов

адсорбция

химический

'100 1...3 Очищает от эмульгированных

нефтеnродуктов (nосле nредва-

рительной очистки)

50 1... 10 Применяется в сочетании с

1 филырацией или отстаиванием

Биохимический (с	100	1... 10 Обязательно nредварительное
nомощью аэробных		отстаивание, очищает от эмуль-
микроорганизмов)		гиреванных нефтеnродуктов

емых за ними. В процессе очистки часть нефтепродуктов всплывает

в виде пленки на поверхность воды, а другая часть, покрывая гру­

бодисперсные примеси, опускается на дно. На рис. 18.1 приведен перечень основных устройств, предназначенных для очистки нефте­ содержащих стоков и нашедших наибольшее распространение.

С помощью пескаловок удаляются механические грубодисперс­ ные примеси, а также часть нефтепродуктов. В технологических

схемах очистки они располагаются между решетками и первичными

отстойниками (или нефтепродуктами), обеспечивая их нормальную

работу. Конструктивно пескаловки в зависимости от направления движения сточной воды подразделяются на горизонтальные и вер­ тикальные. Они применяются при расходе сточных вод более

100 мЗ/ ч. При меньшем расходе очищаемых вод используют щеле­

вые песколовки, эффективность которых ниже. Горизонтальные и

вертикальные пескаловки задерживают 15.. .20% минеральных при­

месей из стоков. Удаление осадка из пескаловки (кроме щелевой)

производится гидроэлеватором.

Основная масса нефтепродуктов из стоков (до 95%) улавлива­

ется с помощью нефтеловушек. По конструктивному исполнению

нефтеловушки могут быть горизонтальными, вертикальными, ради­

альными с дополнительными устройствами, позволяющими эффек­

тивно удалять как плавающие нефтепродукты с поверхности воды,

Г л а в а	18. Защита водных объектов от загрязнений	603
	Коалисцирующие
	вращающиеся диски
Пескаловки	Отстойники
Сетки	Решетка

Маслоуловители	Бензоуловители
Гидрациклоны	Фильтры
	Нефтеловушки

Рис. 18.1. Основные устройства механической очистки нефтесодержащих стоков

так и осадок. Наибольшее распространение получили горизонталь­ ные нефтеловушки, степень очистки сточных вод при помоши кото­

рых· достигает 60... 70%. Для повышения эффективности работы

нефтеловушек применяют тонкослойное отстаивание, когда в от­

стойной зоне располагают пакеты пластин под углом 45 ... 50• с за­ зором 20 ... 100 мм. Сокращение времени отстаивания достигается уменьшением пути движения частиц. При использовании многоярус­

ных нефтеловушек (рис. 18.2) степень очистки можно повысить до

98%.

Следует заметить, что в нашей стране тонкослойные отстойни­ ки-нефтеловушки серийно не выпускаются, так как они обладают

целым рядом недостатков, уменьшающих их эффективность. В на­

стоящее время имеется значительное количество отечественных и

зарубежных патентов на конструкции и узлы тонкослойных отстой­

ников, которые могут быть рекомендованы для промышленного при­

менения. Остаточное содержание тонкодисперсных нефтепродуктов

в стоках после отстаивания составляет 1О...30 мг/ л.

Процесс отстаивания может быть организован как в специаль­ ных отстойниках, так и в маслоловушках. Этот процесс основан на

использовании закономерности всплывания маслопродуктов в воде.

Следует отметить, что с помощью отстойников можно отделять не

только легкие фракции {маслопродукты), но и твердые частицы с

604	Ч а с т ь 11. Мониторинг и защита окружающей среды

Рис. 18.2. Многоярусная нефтеловушка конструкции ВОДГЕО

1 - водаотражательный щит; 2 - зона грубой очистки; 3 - маслосборная

труба; 4 - распределительное устройство; 5 - тонкослойные блоки; б - скреб­

ковый транспортер; 7 - водосборный лоток; ~ - гидраэлеваторы

удельной плотностью выше, чем у воды. Длину отстойника опреде­

ляют с учетом скорости осаждения твердых частиц и скорости

всплывания маслопродуктов. Всплывшие на поверхность маслопро­ дукты удаляются маслосборным устройством.

При расчете очистных сооружений, предназначенных для отста­

ивания сточных вод, содержащих маслосодержащие примеси, необ­

ходимо рассчитать скорость всплывания маслопродуктов и расход

сточной воды. Расчет скорости всплывания производится с помощью уравнения Стокса:

W 0 = qd}PчPжl( I8Jlж),

где q - скорость всплывания частиц, м1с; dч - диаметр частиц,

м; Рч, Рж - удельная плотность частиц и жидкости соответственно,

кг1м3; Jlж - вязкость жидкости, Па· с.

Следует отметить, что уравнение Стокеа справедливо и для рас­ чета скорости осаждения твердых частиц. Проведенные расчеты по­ зволяют определить геометрические размеры устройств и время от­ стаивания сточной воды. Для очистки концентрированных маслосо­ держащих сточных вод машиностроительных предприятий, напри­ мер стоков охлаждающих жидкостей металлорежущих станков, ши­

роко применяют обработку сточных вод специальными реагентами,

способствующими коагуляции примесей в эмульсиях. В качестве ре­

агентов используют Na2C03, NaCI, H2S04, смесь NaCI и Al2(S04) 3

и др.

Отделение маслопродуктов в поле действия центробежных сил осуществляют в напорных гидроциклонах. При этом целесообразнее

использовать напорный гидрациклон для одновременного выделения и твердых частиц, и маслопродуктов, что необходимо учитывать в

конструкции гидроциклона. Движение потока по спирали позволяет полнее использовать объем аппарата. Поэтому гидрациклоны всегда

Г л а в а 18. Защита водных объектов от загрязнений

605

д-д

2

2

4

3

2

Рис. 18.3. Многоярусный низконапор­

ный гидрациклон 1 - конические диафрагмы; 2 -

впускные камеры; 3 - насадки для от­ вода воды; 4 - корпус: 5 - шламо­ приемные щели; б - окна для отвода масел; 7 - трубопровод для отвода масла; 8 - трубопровод для отвода шлама; 9 - бункер для шлама; 10 -

трубопровод для отвода осветленной

воды; 11 - водосливная стенка; 12 - маслоудерживающий щит; 13- ворон-

ка для отвода масел

2

:t 3

Рис. 18.4. Схема открытого гидрациклона

меньше по объему, чем отстой­

ники. Гидроциклоны, применяе­

мые в различных отраслях про­

мышленности, подразделяются

на напорные, открытые и

многоярусные. В качестве при­ мера на рис. 18.3 представлена

конструкция многоярусного низ­

конапорного гидроциклона, в ко­

тором используются конические

диафрагмы, позволяющие повы­

сить эффективность работы ап­

парата.

Для отделения из сточных

вод крупных твердых частиц ис­

пользуются открытые гидроци­

клоны. Скорость осаждения час­

тиц в таких циклонах достигает

0,02 м/ с. Сравнительный ана­

лиз этих циклонов с напорными

показывает, что открытые цик-

лоны имеют большую произво­

дительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 кПа. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в

гидрациклонах зависит от характеристик примесей (вида материа­

ла, размеров и формы частиц и др.), а также от конструкционных и

геометрических характеристик гидрациклона [1, 2]. На рис. 18.4

представлена схема открытого гидроциклона, состоящего из входно­

го патрубка 1, кольцевого водослива 2, трубы для отвода очищенной воды 3 и шламоотводящей трубы 4. Кроме указанной схемы извест-

606	Час т ь !1. Мониторинг и защита окружающей среды

ны гидрациклоны с нижним отводом очищенной воды и циклоны с внутренней цилиндрической перегородкой.

Производительность открытого гидрациклона определяется по формуле

Q0 = 0,785qD2,

где D -диаметр цилиндрической части гидроциклона, м; q - рас­

ход воды (q = 4,32(.()0 ); для открытых гидрациклонов с внутренней

цилиндрической перегородкой q = 7, 15(.()0; (J)o - скорость осажде­

ния, м/с. При проектировании открытых гидрациклонов рекомен­

дуются следующие значения геометрических характеристик: D = = 2... 10 м; высота цилиндрической части Н= D; диаметр входного

отверстия d = О, 1D (при одном отверстии), при двух входных от­

верстиях d = 0,0707 D; угол конической части а = 60°.

Напорные гидрациклоны по конструкции аналогичны циклонам

для очистки газов от твердых частиц. Их производительность

Q = kDd ...J 2t:.p/p,

где k - коэффициент, зависящий от условий входа сточной воды

в гидрациклон (для гидрациклонов с диаметром D цилиндрической

части О, 125...0,6 м и углом конической части ЗОо k = 0,524); t:.p -

перепад давлений воды в гидроциклоне; р - плотность очищаемой

сточной воды, кг1м3.

Для очистки сточных вод от маслопродуктов достаточно широко используется флотация. Применение процесса флотации позволяет интенсифицировать всплывание маслопродуктов за счет их обволакивания пузырьками воздуха, который подается в сточную

воду. В зависимости от процесса образования пузырьков воздуха

различают несколько видов флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, биологичес­

кую, электрофлотацию, вибраци­

онную.

	На рис. 18.5 представлена
8	схема флотатора [1, 4], предназна­
	ченного для очистки сточных вод
	от маслопродуктов, поверхностно­
	активных и органических ве­
	ществ, а также от взвешенных
11	частиц. Принцип действия флота­
Рис 18 5 Схема пневматического	тора заключается в следующем:
флотатора	сточная вода по трубопроводу 1 из

Г л а в а 18 Защита водных объектов от загрязнений

607

отверстия в нем равномерно поступает во флотатор 10. Одновремен­

но по трубопроводу 2 подается сжатый воздух, который через на­ садки 11, выполненные из пористого материала, в виде мельчайших

пузырьков равномерно распределяется по сечению флотатора. Об­

разующаяся пена скапливается между зеркалом воды и крышкой флотатора 3, откуда она отсасывается центробежным вентилятором

4 в пенасборник 5 и через трубопровод б направляется для обработ­

ки пены и извлечения из нее маслопродуктов. В процессе вертикаль­

ного движения сточной воды во флотаторе содержащийся в воздухе кислород окисляет органические примеси, а при малой их концент­

рации имеет место насыщение воды кислородом. Очищенная таким образом сточная вода огибает вертикальную перегородку 9 и слива­ ется в приемник 7 очищенной воды, откуда по трубопроводу 8 по­

дается для дальнейшей обработки.

Как было отмечено выше флотаторы	бывают	горизонталь­
ные, вертикальные и радиальные [41. Их	схемы	приведены на

рис. 18.6 ... 18.8. Производительность горизонтальных и вертикаль­

ных флотаторов достигает 100 мЗ1ч. В отдельных случаях для

очистки сточных вод предприятий типа нефтебаз большой интерес могут представлять колонные флотаторы.

Среди многообразия флотационных установок следует выделить установку «сDлора», которая обладает достоинствами напорного и

пневматического флотационных процессов. В ее конструкции пред­

усмотрены принудительный выброс образовавшихся флотакомплек­

сов и внутренняя циркуляция потока, обеспечивающая доочистку

воды. Рабочая высота установки <<сDлора•> не превышает 0,35 м. При

исходной концентрации нефтепродуктов в стоках 50...200 мг1л

остаточное их содержание в воде после очистки составляет

1,5... 1 мг1л. Достоинства данной разработки заключаются в том,

что флотационная установка компактна, автономна, проста в изго­ товлении и эксплуатации, хорошо автоматизируется. Установка может работать от внешнего источника сжатого воздуха и с исполь­

зованием коагулянтов, флокулянтов, вспенивателей. Кроме того,

она может быть использована в местах образования нефте-, масло-,

жироПАВ содержащих стоков, а именно, в цехах, автохозяйствах,

гаражах, на машиностроительных и химических заводах, предпри­

ятиях агропромышленного комплекса, на морских и речных судах.

Использование коагулянтов (в виде растворов сернокислого

алюминия, железа и др.) и флокулянтов (поливиниловый спирт,

полиакриламид, полиэтиленоксид) значительно интенсифицирует

процесс флотации загрязнений, так как при этом повышается гид-

608	Час т ь II. Мониторинг и защита окружающей среды

3

5

Рис. 18.6. Схема горизонтального флота­				Рис.	18. 7. Схема вертикального фло­
тора: 1 -	флотационная камера; 2 -		вы­	татора: 1 -		флотационная камера;
делительная камера, 3 -		скребковое		2 -	сборная щелевая трубка; 3 -
устройство; 4 - сборник очищенной				выход сточной воды; 4 - выход
воды; 5 -	пенасборная камера; б -		вы-	пенной массы; 5 - выделительная
пуск пенной массы; 7 -		выпуск воды;		камера; б -		электродвигатель, 7 -
8 -	дросселирующее устройство			скребок; 8 -		камера для слива очи-
						щенной воды
		3		4		5

Рис. 18.8. Схема радиального флотатора: 1 -	зона флотации; 2 -	зона распреде­
ления; 3 - сборник пены; 4 - скребки; 5 -	отвод очищенной воды, б - кольце­
вая переrородка; 7 - вращающийся водораспределитель; 8 -		отвод осадка

рофобизация частиц. Это может быть достигнуто и с помощью со­ бирателей катионного типа, представляющих собой смесь соляно­ кислых солей первичных алифатических аминов, ацетата амина ка­ нифоли, полиэтиленами и др. По сравнению с неорганическими ко­

агулянтами расход используемых собирателей, равный нескольким

граммам на кубический метр, на порядок ниже, несмотря на то, что процесс зависит от природы собирателя и концентрации эмульсий.

В результате сокращается объем шламового осадка. Из других фак­

торов, повышающих эффективность процесса флотации, следует от­ метить использование электрического поля вмесrе с коагуляцией примесей, оптимизацию температуры и среды.

Для дополнительного обезвреживания сточных вод с помощью электрохимических окислительно-восстановительных реакций в

Г л а в а 18. Защита водных объектов от загрязнений

609

3

б

Рис. 18.9. Схема устройства электрофлотатора 1 - входная камера; 2 - пенаотводный желоб, 3 - змеевиковый подогреватель

пенной массы; 4 - выпускная камера; 5 - катод; б - анод; 7 - патрубок вы­

пуска осадка и опорожнения

промышленности применяют метод электрофлотации. Используе­

мые при этом методе алюминиевые или железные электроды обу­

славливают переход ионов алюминия или железа в раствор, в ре­

зультате чего происходит коагулирование мельчайших частиц за­ грязнений, содержащихся в сточной воде. Электрофлотация гидро­

фобных. загрязнений протекает под воздействием газовыделения, об­

разующегося при электролизе водных растворов с применением

электрохимически нерастворимых анодов, например угольных, гра­

фитовых. Катод, как правило, изготавливают из сетки, а электро­

дный блок располагают горизонтально на дне флотационной камеры,

что является одним из конструкционных недостатков, так как это

способствует засорению блока (рис. 18.9) [4].

Исиользование при флотации электролитического способа гене­ рации газовых пузырьков по сравнению с другими способами аэра­

ции имеет следующие существенные преимущества:

•высокую степень дисперсности газовых пузырьков и относи­

тельную чистоту их поверхности, повышающую эффективность газа

в широких пределах;

•отсутствие вращающихся частей в электрофлотационных ап­

паратах (что гарантирует надежность их работы);

• возможность флотации раздельно пузырьками водорода или

кислорода для проведения окисления;

• простоту изготовления электрофлотационного аппарата и не­ сложность его обслуживания.

Дисперсность пузырьков газа легко варьировать изменением плотности тока на электродах или диаметра и формы электрода, но

610	Час т ь 11. Мониторинг и защита окружающей среды

для каждого технологического случая оптимальные параметры про­

цесса определяются экспериментально. Обычно:

•плотность тока при электрофлотации находится в пределах

100...300 А/м2;

• насыщенность жидкости водородом достигает О, 1О...0, 13%;

•продолжительность процесса может быть от нескольких

минут до 30.. .40 мин;

•	расстояние между электродами составляет	5 ... 20 мм;
•	расход электроэнергии около 1 кВт· ч/мЗ;
•	эффективность по нефтепродуктам достигает 90%.

Эффективность процесса может быть повышена с помощью ко-

агулянтов и флокулянтов путем подкисления до изоэлектрической

точки, электрохимического окисления (деструкции примесей) и дру­

гих мероприятий.

Преимущества метода:

•высокая степень очистки за достаточно короткое время;

•бесшумность работы;

•отсутствие вращающихся частей;

•возможность утилизации извлекаемых компонентов и др.

Как уже было отмечено выше, основную роль в процессе флота-

ции частиц выполняют, как правило, пузырьки водорода, выделяю­

щиеся с поверхности катода. От числа и размера пузырьков зависит эффективность процесса флотационной очистки. Количество пу­

зырьков зависит от плотности тока и материала электродов, а их

размер во многом зависит от кривизны поверхности электродов, ко­

торые изготавливаются в виде проволочной сетки. При этом на раз­

мер пузырьков влияет толщина проволоки, например, с увеличением

диаметра проволоки размеры пузырьков, как правило, возрастают.

Электрофлотацию можно осуществлять либо с применением диа­ фрагмы, либо без нее. Во избежание перемешивания газов и обра­

зования гремучей смеси (2/3 водорода и 1/3 кислорода) предпо­

чтение отдается диафрагменному варианту, тем более, что при этом

можно уменьшить расстояние между электродами.

Следует отметить, что очистка сточных вод, загрязненных мел­ кодисперсными и коллоидными частицами, требует применения ко­

агулянтов, введение которых можно осуществить при использова­

нии растворимых анодов (алюминия или железа). Таким образом,

можно выполнить одновременно и коагуляцию частиц, и флотацию

их пузырьками. На рис. 18.10 и 18.11 приведены схемы электрофло­

тационных установок [1, 2].

Г л а в а 18. Защита водных объектов от загрязнений

611

Рис. 18.10. Схема установки для очистки сточных вод электрофлотационным ме­ тодом (растворимые электроды)

/, 2, 3 - секции аппарата; 4 - пенный продукт; 5 - канал для очищенной воды; б- корпус; 7 - 12- электроды, 13- канал для исходной сточной воды

Рис. 18.11. Схема установки для очистки сточных вод электрофлотационным ме­

тодом (с диафрагмой)

1 - пенный слой; 2 - флотационная камера; 3 - корпус; 4 - диафрагма; 5 - катод; б - анод; 7 - канал для отвода кислорода; 8 - штуцер для отвода очи­ щенной воды; 9 - штуцер для отвода жидкости из анодного пространства

В бездиафрагмеином варианте электроды устанавливаются в каждой из трех секций. В первой секции электроды изготовлены из

алюминия и располагаются вертикально с последовательным чере­

дованием анода и катода. Во второй секции анодом служит графи­

товая пластина, которая расположена горизонтально, и параллельна

ей - проволочная сетка, играющая роль катода. В третьей секции

графитовые пластины, выполняющие роль анода, расположены вер-

612	Час т ь 11 Мониторинг и защита окружающей среды
	Однослойные	Многослойные

Медленные 0,5 м;ч

Сверхскоростные· 25 мjч

Рис 18 12 Классификация фильтров

Д-Д

9

8

7

Рис 18 13 Схема напорного вертикаль­ ного фильтра с зернистой загрузкой 1 - трубопровод для подачи воды на очистку, 2 - слой зернистого фильтрую щего материала, 3 - верхнее распреде­ лительное устройс_тво, 4 - контрольный эллиптический лаз, 5 - круглый лаз, б - трубопровод для пода· чи промывной воды, 7 - трубопровод

для отвода первого фильтра, 8 - то же, очищенной воды, 9 - то же промывной

воды

тикальна под горизонтально

расположенным катодом.

В первой секции происходит

образование гидроокиси ме­

талла одновременно с коагуля­

цией примесей и флотацией их

на поверхность. Во второй и

третьей секциях процесс очистки интенсифицируется. Следует отметить, что выделя­ ющийся на аноде кислород

может окислить те или иные

органические компоненты

сточных вод, снижая тем

самым химическую потреб­

ность в кислороде (ХПК) и

биохимическую потребность в

кислороде (БПК) Электрофло­

тационный метод эффективен

при очистке сточных вод раз­

личных отраслей промышлен­

ности, в частности химичес­

кой, целлюлозной, кожевенной и др. Очень важно подчеркнуть

перспективность использования электрофлотационного метода для

очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов [1, 2, 4].

Г л а в а 18 Защита водных объектов от загрязнений

613

В ряде случаев единственным способом очистки сточных вод яв­ ляется фильтрование На рис 18 12 приведена классификация фильтров, используемых в различных отраслях промышленности

для очистки сточных вод; на рис. 18.13 - конструкция напорного

вертикального фильтра с зернистой загрузкой [4]. В качестве фильт­

рующего материала применяют кварцевый песок, керамзит; графит;

кокс, полимерные материалы - пенополистирол, пенополиуретан,

синпон и др , а также сетки, нетканые материалы на основе синте­

тических волокон и т.д.

При регенерации синтетических фильтрующих материалов уда­

ляется до 95% адсорбированных нефтепродуктов Экономическая

целесообразность фильтрования определяется продолжитель­ ностью работы фильтра между промывками, поэтому, как пра­

вило, фильтрование применяют после предварительной механи­

ческой очистки. Фильтрование позволяет снизить концентрацию маслопродуктов в сточной воде на выходе из отстойников и гидра­

циклонов, которая составляет 0,01 .. 0,2 кг1мЗ и значительно превы­

шает допустимые концентрации

Использование кварцевого песка в качестве фильтрующего ма­

териала вполне обосновано, так как он наиболее доступен и обла­

дает хорошими фильтрующими свойствами [1-5]. Кроме него, в ка­

честве фильтрующих материалов используют доломит, керамзит,

глауконит. Эффективность очистки сточных вод от маслосодержа­

щих примесей значительно повышается при добавлении волокнис­

тых материалов (асбеста и отходов асбестоцементного производст­

ва).

Перечисленные фильтраматериалы обладают рядом недостат­

ков, к которым прежде всего следует отнести малую скорость фильт­

рации и сложность процесса регенерации. Эти недостатки можно

устранить с помощью вспененного полиуретанового фильтра

Фильтры, выполненные из пенополиуретана, обладают большой мас­

лопоглощающей способностью и при скорости фильтрования около

0,01 м 1с обеспечивают эффективность очистки 0,97 . 0,99 Кроме

этого, насадки из пенополиуретана легко регенерируются путем ме­ ханического отжимания маслопродуктов.

На рис 18.14 представлена схема фильтра-сепаратора с филы­

ровальной загрузкой из частиц пенополиуретана, предназначенного

для очистки сточных вод от М?слопродуктов и твердых частиц [ 1, 2]. Сточную воду по входному трубопроводу 5 подают под нижнюю

опорную решетку 4. Вода проходит через фильтровальную загрузку

в роторе 2, верхнюю решетку 4 и, очищенная от примесей, перели-

614		Час т ь 11. Мониторинг и защита окружающей среды
3	4	5	вается в приемный карман б и выводит­
			ся из корпуса 1 фильтра. При концент­
			рации маслопродуктов и твердых час­
			тиц до О, 1 кг/мз эффективность очист­
			ки	составляет		соответственно
			0,92 ... 0,98 и 0,90. Время непрерывной
			эксплуатации		фильтра		составляет
			16... 24 ч. Достоинствами данной кон­
			струкции являются простота и высокая
Рис. 18.14 Схема фильтра-се­			эффективность		регенерации фильтра,
паратора с пенополиуретано­			которая	производится		с	помощью
	вой загрузкой		электродвигателя 7. При вращении ро­

тора 2 электродвигателя, заполненного

частицами пен!)полиуретана возникают центробежные силы, отбра­

сывающие эти частиЦ~! к внутренним стенкам ротора и выжимая

маслопродукты. Затем маслопродукты поступают в карманы 3 и на­

правляются на регенерацию, время которой составляет около О, 1 ч.

По конструктивному исполнению фильтры, в которых в качестве фильтрующего материала используется пенополиуретан, достаточно

разнообразны. В качестве примера, подтверждающего сказанное, на рис. 18.15 представлена схема еще одного фильтра с пенаполиуре­

тановой загрузкой [1, 4]. Сточная вода по трубопроводу 1 поступает

в распределительную камеру 2 и через регулирующий вентиль 3 и водораспределительные окна 4 подается в фильтр 5, заполненный

пенополиуретаном 6. Пройдя через слои фильтроматериала, сточная

вода очищается от масла и взвешенных веществ и через сетчатое

днище 13 отводится по трубопроводу 14. Для поддержания посто­

янного уровня очищаемой воды в фильтре предусмотрена камера 12 с регулирующим вентилем 11. Регенерация частиц пенополиуретана осуществляется специальным устройством, установленным на пере­

движной тележке 10, что позволяет регенерировать весь объем

фильтра. Насыщенные маслом частицы пенополиуретана через цеп-

Рис 18 15 Схема полиуретанового фильтра

Г л а в а 18. Защита водных объектов от загрязнений

615

ной элеватор 7 попадают на отжимные барабаны 8 и, освободившись

от маслообразных и взвешенных веществ, вновь попадают в фильтр.

Отжатые загрязнения по сборному желобу 9 отводят для дальней­ шей переработки.

В табл. 18.2 приведены сравнительные характеристики некото­

рых пенаполиуретановых фильтров.

				Таблица /8 2
Расход сточной	Концентрация		Продолжительность	Эффективность
воды, мЗ	маслопродуктов до		фильтрования, ч	очистки
	пенополиуретановоrо
	фильтра, кr/мЗ
0,05	0,021 ..	0,076	63	0,94
0,067	0,029...	0,085	42	0,91
0,083	0,037...	0,069	33	0,93
0,1	0,029 ..	0,094	27	0,94
0,117	0,018 ...	0,083	21	0,91
0,05	0,082	.0,11	18	0,95
0,067	0,074 .. 0,118		12	0,96
0,083	0,107 ...	0,223	9	0,96
0,1	0,084..	0,201	6	0,96
0,117	0,092 .. О,174		5	0,95

В зависимости от состава примесей и их состояния в ряде про­

изводств нашли широкое применение зернистые и электромаг­

нитные фильтры. Например, для очистки сточных вод машино­ строительных предприятий используют два класса фильтров: зер­

нистые, в которых очищаемую жидкость пропускают через насадки

несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтраэле­

менты которых изготовлены из связанных пористых материалов.

В зернистых фильтрах широко используют в качестве фильтромате­ риалов кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т.п. Изготавливают их однослойными и многослойными.

На рис. 18.16 представлена схема каркасно-насыпного фильтра.

Очищаемая сточная вода поступает по коллектору 3 и через отверс­ тия в нем равномерно распределяется по сечению фильтра. Нисхо­

дящий поток сточной воды проходит через слои гравия 5 и песка 6,

через перфорированное днище 2, установленное на поддерживаю­

щем слое 1 гравия и через трубопровод 8 отводится из фильтра.

Регенерация каркасно-насыпного фильтра осуществляется продув-

616	Час т ь II Мониторинг и защита окружающей среды
		кой его сжатым воздухом, который
		подается по трубопроводу 4, с после­
		дующей	обратной	промывкой	водой
3		через вентиль 7. Скорость фильтрова­
		ния в данном фильтре составляет
		0,001 ...0,002 м/с		для сточной	воды,
		поступающей в фильтр из циклона
		или отстойника, для сточной воды, по­
		ступающей в фильтр после биологи­
Рис	18 16 Схема каркасно-на­	ческой	очистки,	не	более
	сыпного фильтра	0,0028 м/с.

Для очистки сточных вод, образу-

ющихся при работе кузнечно-прессо­

вого и прокатнаго оборудования, от ферромагнитных примесей при­

меняют электромагнитные фильтры (рис 18 17). Принцип действия

таких фильтров основан на использовании сил взаимодействия

между намагниченной фильтрованной загрузкой и ферромагнитны­

ми примесями сточной воды Исходная сточная вода через трубо­

провод 1 поступает в корпус 3, выполненный из немагнитного мате­ риала, проходит через ограничительную решетку 4, фильтровальную загрузку 5 с толщиной слоя 0,15 ... 0,2 м, через опорную решетку б

и выводится из фильтра по трубопроводу 7. Намагничивание фильт­

ровальной загрузки осуществляют магнитным полем, создаваемым

катушкой индуктивности 2 с ферромагнитным сердечником. Эффек­

тивность очистки сточных вод от ферромагнитных и немагнитных

примесей достигает соответственно 98 и 60%. Регенерацию фильтра

осуществляют неочищенной сточной водой при выключенном

электромагнитном поле в направлении фильтрования или в обрат­

ном направлении чистой водой. После механической очистки остав­

шиеся в воде частицы нефтепродуктов размером менее 10 мкм об­

разуют эмульсионную систему, устойчивость которой определяется

степенью дисперсности, поверхностными и электрокинетическими

свойствами частиц.

Устойчивость этой системы может быть нарушена с помощью

гетеракоагуляции (при введении солей) или электрокоагуляции (при

введении электролитов). При гетеракоагуляции в сточные воды до­

бавляют осаждающие или эмульгирующие вещества, способные об­ разовывать мелкокристаллические или аморфные структуры, мало­ растворимые в воде. В качестве коагулянтов широко используют

известь в чистом виде и в смеси с углекислым газом, с солями хлор­

ного и сернокислого железа и алюминия или с фосфатами; соедине-

Г л а в а 18	Защита водных объектов от загрязнений		617
ния хрома или кальция с глиной,		2	3
серной кислотой или	сульфатом
меди; триполифосфат натрия с			5
гидроксидом натрия;	алюминат
натрия и др.			7
В нашей стране в устройствах
очистки производственных сточ­
ных вод чаще всего используются		Рис 18 17 Схема электромагнит­
следующие коагулянты:		ного фильтра

• сульфат алюминия (глино­

зем), имеющий плотность 1,62 т1мз, насыпную массу 1,05 ... 1, 1 т1мЗ и растворимость в воде при t = 20оС 362 г1л;

• сульфат двухвалентного железа (железный купорос) с плот­

ностью 3 т1мз, насыпной массой 1,9 т1мЗ и растворимостью в воде

265 г1л при 20оС.

Дозировка коагулянта устанавливается экспериментально

для каждого конкретного случая.

При введении минеральных коагулянтов в воду происходят еле-

дующие процессы

• снижение агрегативной устойчивости дисперсной системы

под действием электролита (введенной соли);

•сорбция ионов на поверхности частиц;

•образование в результате химической реакции нового мало­

растворимого соединения, являющегося центром образования хло­

пьевидных структур, с частицами эмульсионной (коллоидной) сис­

темы.

При гидролизе солей алюминия и железа в воде образуются мало­

растворимые гидроокиси, и этот процесс является основным, опреде­

ляющИм кинетику и эффективность очистки воды коагуляцией:

Al 2(S04) 3 + 6Н20 ~ 2Аl(ОН)3 J,. + 3H2S04;

Fe2(S04) 3 + 2Н20 ~ Fe(OH) 2 J. + H2S04;

Fe(OH) 2 +02 + 2Н20 ~ 4Fе(ОН)3 J..

Уменьшение расхода коагулянта достигается обеспечением оп­ тимальных значений рН

Преимущества, которыми обладает метод очистки сточных вод

коагуляцией, следующие:

•простота оборудования, предназначенного для процесса коа­

гуляции,

• невысокая стоимость монтажных работ;

618	Ч а с т ь II Мониторинг и защита окружающей среды

•простота ввода, увеличения и уменьшения реагентов, что по­

зволяет применять коагуляцию при значительных колебаниях коли­

чества и каЧества сточных вод;

•возможность остановки процесса очистки или его возобнов­

ления (при этом перерыв не влияет на протекание процесса).

К недостаткам следует отнести:

•образование значительных объемов осадков, имеющих боль­ шую влажность и трудно поддающихся обезвоживанию;

•повышенное содержание ионов S04 и Cr в очищенной воде,

приводящее к коррозии оборотных систем водоснабжения;

•большой расход минеральных коагулянтов.

Для повышения качества очистки сточных вод, а также ускоре­ ния процесса коагуляции и увеличения скорости осаждения образу­ ющихся хлопьев применяют флокуляцию - добавление специаль­

ных флокулянтов органического и неорганического происхождения. Учитывая, что некоторые флокулянты диссоциируют в воде на ионы,

а некоторые нет, все они делятся на четыре группы:

1 - неионогенные: крахмал, поливиниловый спирт, полиакри­

ланитрил и др.;

2 - анионные: активная кремниевая кислота, полиакрилат на­

трия и др.;

3 - катионные: полиэтиленамин; четвертичные аммониевые со­

ли на основе полионрола и поливинилтолуола (ВА-2, ВА-З, ВА-102

и др.);

4 - амфотерные, т е. содержащие одновременно анионные и ка­

тионные группы (полиакриламид, белки и др.).

Эффективность и скорость процесса коагуляции сточных вод за-

висят:

•от состава сточных вод;

•температуры сточных вод;

•интенсивности перемешивания;

•последовательности введения коагулянтов и флокулянтов;

•наличия электромагнитных полей и др.

Дозы коагулянтов и флокулянтов принимаются в пределах от

О, 1 до 1 г/ мз. Технология подготовки и использования реагентов

аналогична общепринятой в водоподготовке. В настоящее время

производится более 1500 полимерных флокулянтов различного на­

значения. Вместе с тем постоянно ведутся работы по созданию новых видов флокулянтов.

Для очистки сточных вод от растворимых примесей, кроме рас­ смотренных выше способов, широко применяются электрокоагуля-

	Г л а в а 18. Защита водных объектов от загрязнений			619
	ция, сорбция, нейтрализация, эвапорация,		4
	ионный обмен, озонирование и др.
	Электрокоагуляция чаще всего при­
	меняется для очистки сточных вод гальва­
	нических и травильных производств от
	хрома и других тяжелых металлов, а также
	от цианитов. Например, для очистки сточ-
	ных вод от шестивалентного хрома можно
	использовать электрокоагуляционную ус-	Рис	_ _Схема электро-
	тановку, схема которой представлена на		18 18
		коаrуляционной установ­
	рис. 18.18 [1, 4]. Сточная вода из промыв­
		ки для очистки сточных
	ной ванны 2 гальванического участка насо­		вод

сом 1 по трубопроводу 3 подается в проточ­

ный электролизер 6, в котором расположены электроды 5, питаю­ щиеся напряжением 12 ... 24 В от выпрямителя 4. При пропускании

электрического тока с плотностью 50... 100 А/м2 через сточную

воду, движущуюся по длине электролизера в течение 10.. .15 мин,

происходит анодное растворение поверхности стальных электродов,

и образующиеся при этом ионы двухвалентного железа восстанав­

ливают шестивалентный хром до трехвалентного. Одновременно

происходит гидролиз ионов железа и трехвалентного хрома с обра­

зованием нерастворимых гидраоксидов Fe(OH)2, Fe(OH)3 и

Cr(OH)3. Сточная вода со взвешенными в ней гидраоксидами посту­

пает из электролизера в центрифугу 7, в которой происходит отде-

ление\ гидраоксидов железа и хрома и удаление их через трубопро-

вод 8. Очищенная от хрома вода по трубопроводу 10 поступает для дальнейшей очистки или при закрытом вентиле 9 по трубопроводу 11 - для повторного использования в промывных ваннах. Процесс

электрокоагуляции заключается в поляризации двойного ионного слоя коллоидной частицы при воздействии электрического поля.

В результате частица перемещается к электроду, имеющему проти­

воположный заряд, т.е. происходит поляризационная коагуляция

дисперсных частиц.

На рис. 18.19 представлен вариант электрокоагуляционной ус­ тановки для очистки стоков, в !{отарой использованы возможности

гидрациклона и вертикального отстойника [4].

Широко распространенные реагентные методы очистки нефтесо­

держащих сточных вод наряду с коагуляцией и флокуляцией исполь­

зуют адсорбцию. В качестве адсорбентов применяют природные и искусственные пористые материалы. Выпускаемые промышленнос­

тью адсорбенты должны удовлетворять определенным стандартным

620	Час т ь 11. Мониторинг и защита окружающей среды

8

Рис	18 19 Установка электрокоагуляционной очистки
1 - насос; 2 -	бункер для осадка; 3 - гидроциклон, 4 - выпрямитель; 5 -

очищенная вода, б - уловленные нефтепродукты, 7 - вертикальный отстойник,

8 - электродный блок, 9 - осадок

показателям, в том числе прочности на истирание, сорбционной ем­

кости и др.

Так, для очистки и доочистки сточных вод от нефтепродуктов

используют: асбестосадержащие материалы, например отходы про­

изводства асбестовых бумаг и картона (регенерация прокаливани­ ем); пористый полимерный сорбент - саполимер стирола и диви­

нилбензола (при этом нефтепродукты могут быть элюированы рас­ творителем); пенополиуретан, в который введены гранулы ферро­

магнитного материала размером 0,0 1...0, 1 мм в количестве

0,02 ...0,08% для фильтрования в магнитном поле (регенерация от­ жи:vюм); сорбент на основе базальтового волокна и гидрофобизато­

ра, кремний или органические гидрофобизирующие соединения - 2... 15% (регенерацияотжим или сжигание углеводородов, позво­

ляет многократное использование); древесные стружки, опилки, во­ локна, помещенные в пористые тканые оболочки (утилизация сжи­ ганием) и другие материалы. Чаще других сорбентов используется,

однако, гранулированный активированный уголь, имеющий частицы

размером более 0,10 мм, на 85 ... 9Э% состоящий из углеродов и спо­

собный самопроизвольно отделять<>я от воды.

Наряду с адсорбцией в процессах очистки сточных вод от рас­

творимых примесей широко используют сорбцию. В качестве со­

рбентов в сорбционных процессах могут выступать практически любые мелкодисперсные вещества, например зола, торф, шлак,

глина и др. Наибольшей сорбционной способностью обладает акти­

вированный уголь.

Необходимое количество сорбента можно определить по фор­

муле [1]

т = Q (С0 - Ск)1а,

где Q - расход сточной воды, мЗ; С0 (Ск)- концентрация примесей

в очищаемой (очищенной) воде, г1мЗ; а - удельная сорбция, ха-