Удосконалення конструктивного оформлення процесу очищення промислових нафтовмісних стічних вод

У світовій практиці застосовуються технологічні і конструктивні рішення пристроїв для очищення нафтовмісних стічних вод.

Проте, масове їх використання у світлі національного і міжнародного законодавства про вимоги до якості вод не може бути забезпечено через недосконалість, низьку продуктивність, недостатню ефективність, складність, дороговизну і незручності в експлуатації існуючих установок. Нові задачі висувають і нові вимоги до цих установок, і перш за все – підвищення ефективності їх застосування при високій якості очищеної води.

Найбільше розповсюджені установки для очищення нафтовмісних стоків, які працюють за технологією біохімічного окиснення забруднень активним мулом. Незважаючи на те, що даний спосіб був залучений із практики очищення побутових, міських і промислових стічних вод, ця технологія застосовується без значних змін, хоча необхідність їх зумовлюється специфічністю забруднень і умов роботи апаратів. Вивчення таких умов і вибору параметрів процесу, які найбільш відповідають їм, дасть змогу інтенсифікувати процес біохімічного очищення нафтовмісних стічних вод.

Інтенсифікація процесів обробки нафтовмісних стічних вод, зокрема технологічної модифікації процесу біохімічного окиснення забруднень активним мулом, передбачає удосконалення апаратурно-технологічного комплексу в цілому за схемою, яка враховує специфіку  забруднень, особливо їх фазо-дисперсний стан і дію на них біологічного реагенту – активного мулу.

Проведені дослідження були спрямовані на удосконалення основної частини запропонованої технологічної схеми – блоку біохімічного окиснення.

Склад забруднень нафтовмісних стічних вод характеризується наявністю речовин у вигляді крупнодисперсної фракції та молекулярних розчинів. Перша фракція агрегативно нестійка і здатна до зміни фазово-дисперсного стану при наявності інертних або активних центрів коагуляції та коалесценції, тоді як інша фракція в стоках знаходиться в розчинному стані. D. Fyceman та Y.Y. Zyren [1] вивчали склад забруднень підсланевих і баластних стічних вод суден військово-морського флоту США. Методом електронної мікроскопії та рентгеноструктурного аналізу встановлено, що до складу нафтових часток розміром 2-100 мкм входять залізо, кальцій, кремній та інші елементи, іони яких в певних умовах утворюють речовини, які мають яскраво виражені коагуляційні властивості. Методом ультрафіолетової спектроскопії в стоках, які утворюються на суднах, виявлені ароматичні сполуки; методами хроматографії разом із спектральним аналізом в інфрачервоній та ультрафіолетовій областях виявлені алкани С5 – С18. Отже, в цих стічних водах міститься велика група речовин, які можна окиснювати біохімічним способом із застосуванням адаптованих мікроорганізмів [1].

 Дослідження Я.А. Кареліна, Д.Д. Жукова та І.А. Саідамінова [2] показали, що в нафтовмісних стічних водах наявні як легко-, так і важкоокиснювані речовини. Авторами запропоновано виражати групу легкоокиснюваних речовин через біохімічне споживання кисню (БСК), а групу важкоокиснюваних речовин – через ефіророзчинні забруднення. Така класифікація складу забруднень дає змогу достатньо точно характеризувати відношення мікроорганізмів активного мулу до забруднень різних фракцій і взаємозв’язок кінетичних параметрів процесів біохімічного окиснення обох груп забруднень. Авторами роботи [2] встановлено, що «підвищення навантаження на активний мул по забрудненням, вираженим через БСК, приводить до зниження ступеня окиснення ефіророзчинних забруднень. У зв’язку з цим, біохімічне очищення таких вод (нафтовмісних) необхідно проводити при мінімальному розбавленні господарсько-побутовими стоками, і в два ступені». Висновок авторів роботи [2], які класифікують забруднення нафтовмісних стічних вод по ступеню їх придатності до біохімічного окиснення, перекликається з висновками, які можна зробити на основі роботи [1], тобто припустити, що для інтенсифікації процесів біохімічного очищення нафтовмісних стічних вод раціональною буде ступінчаста схема з послідовним вилученням різних фракцій забруднень, враховуючи особливості їх складу.

Забруднюючі речовини нафтовмісних стічних вод відрізняються від забруднень побутових стоків і містять в основному важкоокиснювані (ефіророзчинні) речовини. Звісно, що такі стоки потребують певного підходу як до способів очищення води, так і до складу очисних споруд для видалення вище вказаних забруднень, особливо це стосується використання найбільш дешевого й ефективного способу - біохімічного очищення [3].

Але за основними показниками забрудненості досліджувані нафтовмісні стічні води цілком придатні для біохімічного очищення: концентрація нафтопродуктів (НП) становить 80 мг/л, БСК5 – 106 мг О2/дм3, хімічне споживання кисню (ХСК) – 200 мг О2/дм3, завислі речовини 125 мг/дм3, запах – 2 бали, колір – жовто-сірий, лужність – 3,8 мг•екв/ дм3, рН – 6,9-7,3, азот амонійних солей – 36 мг/дм3, нітрити – 0,3 мг/дм3, нітрати – 0,25 мг/дм3.

Таким чином, найбільш перспективним є подальший розвиток й удосконалення способу біохімічного очищення, шляхом ліквідації його вад, а саме: скорочення часу обробки стічних вод, підвищення надійності й стабільності роботи і збільшення ефективності очищення за рахунок створення технологічних схем з використанням модифікацій процесу, які враховують особливості складу забруднень нафтовмісних стічних вод.

Конструктивне оформлення реактора для біохімічного окиснення забруднень може передбачати можливість застосування величезної кількості заходів по інтенсифікації процесу: сорбція забруднюючих речовин активним мулом, покращення аерації муло-водяної суміші, додавання ферментативних препаратів та інших біологічно активних речовин, електростимулювання мікроорганізмів активного мулу тощо. Так, наприклад, забезпечення умов контактування реагуючих фаз в пінних шарах газорідинної протитечії при підвищеному тиску газової фази в камері аерації поєднується зі збагаченням повітря киснем або подачі чистого кисню. Якщо при цьому застосовувати комбіновані аераційні споруди типу аеротенк-відстійник або аеротенк-прояснювач, в якому використати деякі конструктивні елементи в зонах руху рециркуляційного потоку у вигляді пластинчастих електродів і подати на них певний потенціал, можна забезпечити електростимуляцію діяльності активного мулу, переваги якого описані в спеціальній літературі [4].


Рис. 1. Схема блоку біохімічного окиснення:
1 - корпус; 2 - зона завислого шару; 3 - випуск циркулюючого активного мулу; 4 - сітка-електрод; 5 - ламінаризатори; 6 - захисна зона; 7 - збірні лотки, вихід очищеної води; 8 - перегородка; 9 - перекриття; 10 - корпус пінотенка; 11 - тарілки; 12 - впуск циркулюючого активного мулу; 13 - впуск стічної рідини; 14 - випуск повітря; 15 - направляюча колонка; 16 - перегородка; 17 - переливні вікна з шиберами; 18 - система випуску; 19 - «зуб» ; 20 - аератори; 21 - зона аерації; 22 - зона дегазації

У ході експериментальних досліджень були визначені параметри процесу біохімічного очищення нафтовмісних стічних вод по вилученню нафтопродуктів з інтенсифікованим процесом на лабораторній установці з використанням всіх намічених засобів інтенсифікації, які полягають в наступному.

 По-перше, процес очищення нафтовмісних стічних вод поділявся на дві фази: біосорбція забруднень активним мулом в умовах газорідинної протитечії і обробка стічних вод в аеротенку-прояснювачі.

По-друге, конструкція аеротенка-прояснювача приймалася з напівпсевдозрідженим шаром, а перегородка-ламінаризатор, яка забезпечувала умови напівпсевдозрідженого завислого шару, використовувалась у вигляді пакету пластин, для додаткового здійснення другого ступеню прояснення очищеної води в режимі тонкошарового відстоювання. Конструкція пристрою показана на рис. 1.

Пристрій складається із двох основних частин: пінотенка (перша ступінь) і аеротенка-прояснювача (друга ступінь).

Стічна рідина поступає через патрубок у верхню частину пінотенка, сюди ж подається і циркулюючий активний мул, який за допомогою ерліфта перекачується із зони прояснення. В пінотенку повітря проходить через перфоровані тарілки, утворюючи на їх поверхні пінні шари муловодяної суміші, яка потім через направляючу колонку поступає в зону аерації.

В зоні аерації розміщуються тканинні аератори, через які надходить стиснене повітря, що подається від комплексу компресора з ресивером.

Зони аерації, дегазації, прояснення у завислому шарі, тонкошарового відстоювання і захисна зона утворюють в комплексі аеротенк-прояснювач. Із захисної зони очищена прояснена вода збирається лотками і відводиться із установки. Відпрацьоване повітря видаляється із пінотенку через патрубок, а циркулюючий мул із зон прояснення - через отвори.

Модель реактора, представлена на рис. 1, досліджувалась, перш за все, за функцією розподілення часу перебування за допомогою аналізу кривої відгуку на імпульсне введення трасуючої речовини. Це необхідно для встановлення типу реактора і визначення фактичної тривалості перебування рідини в об'ємі реактора.

Як трасуюча речовина використовувався метиленовий синій. Концентрація трасуючої речовини на виході з установки визначалась за оптичною густиною.

Експерименти по отриманню кривої відгуку проведені при витратах води 30,32 дм3/год, що при робочому об'ємі апарату 32 дм3 забезпечило середню тривалість перебування рідини в апараті (tp) близько 63,32 хв. Витрата циркулюючого активного мулу, який перекачувався ерліфтом, складала 13,33 дм3/год, що відповідає ступеню рециркуляції 0,44 од.

Аерація рідини проводилася при витраті повітря 53 дм3/хв., визначеного експериментально з умов забезпечення необхідної окиснюючої потужності установки.

Згідно з уявленням про коміркову модель реакторів, запропонований апарат є практично змішувачем із застійними зонами, розрахункова кількість комірок для якого становитиме близько двох.


Рис. 2. Крива відгуку на імпульсне введення трасуючої речовини в блок аеротенка-прояснювача з пінотенком

З метою визначення параметрів, які обумовлюють найбільш оптимальне здійснення процесу біохімічного окиснення, основним параметром оптимізації вибрана ефективність видалення нафтопродуктів активним мулом. Ефективність видалення нафтопродуктів з точки зору хімічної технології є виходом процесу і дозволяє оцінити інтенсивність його перебігу. В той же час, при відносно стабільній величині вхідної концентрації нафтопродуктів в стічній рідині (80 мг/дм3) ефективність видалення нафтопродуктів безпосередньо виражає якість очищеної води, що нормується по залишковій концентрації нафтопродуктів, тобто, в дійсності, параметром оптимізації процесу є, в даному випадку, показник якості процесу.

Основними факторами оптимізації, що в найбільшій мірі впливають на величину прийнятого параметру оптимізації, є час перебігу процесу і концентрація активного мулу.

Максимальне значення концентрації мулу, визначене експериментально в дослідженнях моделі реактора-змішувача, становила 4 – 5 г/дм3, а мінімальне значення, обмежене умовами існування завислого шару в аеротенку-прояснювачі, становить 2 – 2,5 г/дм3.

Таким чином, граничні значення (рівні) факторів оптимізації становлять: час перебування tp – 1 і 6 год., концентрація мулу S – 2,3 і 4,8 г/дм3.

У першій серії дослідів у аеротенку-прояснювачі при збільшенні часу перебування стічної рідини спостерігалось погіршення ефективності вилучення нафтопродуктів, що пояснюється тим, що нафтопродукти, в основному, сорбуються активним мулом, а їх окиснення проходить в незначній мірі. Внаслідок значного зменшення швидкості окиснення, пластівці мулу подрібнюються, самоокиснюються, тоді має місце десорбція раніш сорбованих нафтопродуктів.

Зі збільшенням концентрації активного мулу ефективність видалення НП збільшується, що обумовлюється збільшенням загальної сорбційної ємкості мулу.

Таким чином, процес очищення стічних вод, які містять нафтопродукти, в аеротенку-прояснювачі йде найбільш ефективно при меншій тривалості перебування і більшій концентрації активного мулу. Мінімальне значення часу перебування визначається розрахунковим гідравлічним навантаженням на завислий шар активного мулу і в цілому для аеротенків-прояснювачів становить близько 1 год. Збільшення концентрації активного мулу, що обумовлює збільшення ефективності видалення нафтопродуктів, також має максимальну межу, вище якої може розпочатися винесення частинок із завислого шару. Ця межа при муловому індексі 100 см3/г, визначеного експериментально, і гідравлічного навантаження 0,5 м3/м2•год. становить близько 5,5 г/дм3, проте, із врахуванням досліджених умов росту активного мулу в реакторі-змішувачі межа концентрації мулу повинна бути трохи меншою.

Таким чином, швидкість процесу вилучення нафтопродуктів свідчить, що більший вплив пінотенка на величину константи швидкості спостерігається при вищій концентрації активного мулу. Тому, процес інтенсифікується в більшій мірі, за рахунок великої маси біосорбента, тобто біосорбція є визначальною для вилучення нафтопродуктів із промислових стічних вод.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Freeman D.H., Zertn J.J. Initial classification of oily waste water from U.S. Navy vessls. – 29th Pittsburg Conference. State Art Anal. Chem. and Appl. Spectrosc., Cleaveland, 0 hio, 1978, Abstracts, Monroeville, Pa, s.a., 402-403.
2. Карелин Я.А., Жуков А.И., Саидаминов А.И. Биохимическая очистка нефтесодержащих сточных вод в аэротенках. – Химия и технология топлив и масел, 1979, № 7, С. 55-58.
3. Mirsch K. Przydatnosc metod analicznych oczyszania produktow naftowych w badanifah nad biochemicznym jczyszanitm sciekow. – Nafta (PRL), 1978, 34, No 6, 201-205.
4. Ткачук Н.Г. Влияние электрического тока на рост и ферментативную активность микроорганизмов активного ила. – Электронная обработка материалов, 1978, № 4, С. 78-79.

УДК 628.356:665.6(579.04)
Семенова О.І. удосконалення конструктивного оформлення процесу очищення промислових нафтовмісних стічних вод  [Електронний ресурс]  / [Семенова О.І., Ткаченко Т.Л., Бублієнко Н.О. та ін.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.1. – С.28–31. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet