Реферат: Охрана поверхностных и подземных вод
Агрегация при помощи флокулянтов включает обработку воды коагулянтами с применением флокулянтов и последующим удалением агрегатов отстаиванием и фильтрованием (без ограничений по концентрации взвешенных веществ).
Флотация безреагентная и с применением реагентов для удаления нефти и масла концентрацией 50-150 г/м3 осуществляется при помощи флотаторов (степень очистки - 95-99%).
Наиболее эффективным и широко распространенным методом для очистки от грубодисперсных взвешенных веществ является метод механического безреагентного разделения. Так как по условию задания производственные сточные воды содержат нефтепродукты с болей высокой концентрацией грубодисперсных частиц чем коллоидных (соответственно 150 мг/л и 100 мг/л), то на первом этапе целесообразно осуществить очистку путем отстаивания в нефтеловушках. Эти очистные установки позволяют удалить 96-98% грубодисперсных примесей. Также этот метод является более дешевым с экономической точки зрения, так как не требует использования реагентов и дополнительных установок для их приготовления.
Для удаления из воды веществ II группы - коллоидных примесей применяют следующие методы.
1) Обработка воды хлором, озоном и другими окислителями при повышенном содержании в воде коллоидных и высокомолекулярных соединений, обуславливающих окисляемость и цветность воды.
2) Адсорбция на гидроокисях алюминия или железа, а также на высокодисперсных глинистых минералах:
- коагуляция в свободном объеме - обработка воды коагулянтами с последующим удалением взвеси при повышенном содержании коллоидных и высокомолекулярных соединении, также обработка воды
высокодисперсными замутнителями и коагулянтами при низкой температуре и малой мутности воды, при высокой загрязненности воды вирусами;
- контактная коагуляция для коллоидных и высокомолекулярных веществ,
обуславливающих цветность воды при малой мутности воды.
3) Агрегация при помощи флокулянтов катионного типа для коллоидных и высокомолекулярных веществ.
Коагуляция является одним из основных методов очистки промышленных сточных вод от тонкодисперсных примесей, эмульгированных и суспендированных частиц нефтепродуктов, а также растворенных примесей. В качестве коагулянтов применяют в основном соли алюминия и железа. В процессе коагуляционной очистки происходит соосаждение части растворенных в воде примесей, поэтому уменьшаются значения ХПК и БПК сточных вод. Содержание нефтепродуктов в очищенной воде составляет не более 10-30 мг/л.
Для удаления из воды примесей III группы, которые обуславливают окисляемость воды, применяются следующие методы. [З].
1) Десорбция газов и летучих органических соединений методом аэрирования, которая позволяет снизить содержание углекислоты и сероводорода.
2) Окисление (хлорирование, озонирование, обработка воды перманганатом калия) позволяет устранить привкусы и запахи при не слишком загрязненных водах.
3) Электролиз - электрообработка воды для удаления кислорода.
4) Адсорбция на активированных углях для устранения неприятных запахов и привкусов естественного происхождения, а также вносимых со сточными водами (степень очистки - 80-95%).
5) Экстракция органическими растворителями для удаления фенолов из производственных сточных вод.
6) Биохимический распад - разложение микроорганизмами: аэробное применяется для удаления загрязнений из сточных вод и анаэробное - для концентрированных стоков (степень очистки - 90-98%).
Биохимический метод применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности -органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода.
Промышленные сточные воды, прошедшие очистку в нефтеловушке и коагуляционной установке, содержат не более 25 мг/л нефтепродуктов, по условию задания не содержат фенолов, не требуют утилизации ценных примесей. Поэтому целесообразно провести очистку сточной от примесей Ш группы при помощи биологического метода в аэротенках. Биологические методы очистки остаются наиболее дешевыми, экологически чистыми и поэтому наиболее распространенными.
3. Теоретические основы и оптимальные параметры методов очистки воды.
Взвешенные вещества образуют в воде гетерогенные системы, что обусловлено наличием нерастворимых или малорастворимых соединений. Нерастворимые частицы, состоящие из большого числа атомов или молекул, образуют дисперсную фазу, а вода, в которой они распределены, - дисперсную среду. Фаза представляет собой совокупность однородных частей системы, одинаковых по составу и физико-химическим свойствам, и отделенных от других частей системы поверхностью раздела. [З].
Существование поверхностей раздела является обязательным признаком гетерогенных систем. Особые свойства и строение пограничных межфазных слоев, обладающих в высокодисперсных системах большой свободной поверхностной энергией, в значительной степени определяют поведение таких систем, их агрегативную и кинетическую устойчивость. Величина межфазной поверхности зависит от размера частиц дисперсной фазы - чем меньше размер частиц, тем больше удельная поверхность и тем сильнее влияние поверхностных явлений на свойства системы.
Крупные частицы примесей - тяжелые смолообразные нефтепродукты кинетически неустойчивы, не образуют с водой устойчивых гетерогенных систем, так как быстро оседают на дно под действием гравитационных сил. Скорость седиментации зависит от формы частиц, соотношения силы тяжести, приводящей к их осаждению, и силы трения, препятствующей этому процессу. Водные дисперсии, содержащие частицы размером более 10-3 см, обладают как правило, полной кинетической неустойчивостью. При уменьшении размера частиц до 10-4-10-5 см образуются гетерогенные системы, для которых характерна сравнительно небольшая удельная поверхность дисперсной фазы, слабая интенсивность теплового движения частиц и невысокая кинетическая устойчивость.
Тонкодисперные частички нефти всплывают на поверхность, так как их плотность меньше, чем плотность воды. Скорость движения воды в нефтеловушке изменяется в пределах 0,005-0,01м/с. Для частичек нефти диаметром 80-100 мкм скорость всплывания равна 1-4 мм/с.
Коагуляция применяется для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, т.е. частиц размером 1-100 мкм. В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием сил тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их.
Коллоидная система состоит из дисперсионной среды и дисперсной фазы. Для коллоидных частиц характерно образование на поверхности частиц двойного электрического слоя. Одна часть двойного слоя фиксирована на поверхности раздела фаз, а другая создает облако ионов, т. е. одна часть двойного слоя является неподвижной, а другая подвижной (диффузный слой). Разность потенциалов, возникающая между неподвижной и подвижной частями слоя (в объеме жидкости) называется дзета-потенциалом x или электрокинетическим потенциалом. Дзета-потенциал зависит как от термодинамического потенциала Е (разность потенциалов между поверхностью частиц и жидкостью), так и от толщины двойного слоя. Его значение определяет величину электростатических сил отталкивания частиц, которые предохраняют частицы от слипания друг с другом. Малый размер коллоидных частиц загрязнений и отрицательный заряд, распределенный на поверхности этих частиц, обуславливает высокую стабильность коллоидной системы. [I].
Чтобы вызвать коагуляцию коллоидных частиц, необходимо снизить величину их дзета-потенциала до критического значения добавлением ионов, имеющих положительный заряд. При коагуляции происходит дестабилизация коллоидных частиц вследствие нейтрализации их электрического заряда.
В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого состава воды.
Сточные воды, направляемые на биохимическую очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК. БПК - это биохимическая потребность в кислороде, или количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ за определенный промежуток времени (2-20 суток), в мг О2 на 1 мг вещества. ХПК - химическая потребность в кислороде, т. е. количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде. ХПК также выражается в мг О2 на 1 мг вещества. [I].
Для очистки промышленных сточных вод применяется процесс биохимического окисления, т. е. разрушение органических веществ. Для подачи промышленных сточных вод на биохимические очистные сооружения необходимым условием является отсутствие в них ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов; рН=6,5-7,5; температура сточной воды не должна превышать 35°С; показатель БПК - не более 500 мг/л; взвешенных веществ - не более 100 мг/л; общее содержание солей - не более 10 г/л; нефтепродуктов - не более 25 мг/л; устойчивых ПАВ - не более 20 мг/л. Очистка осуществляется аэробным методом, который основан на использовании аэробных групп организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода в количестве 2-4 мг/л и температура воды 20-35°С. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, нитрит- и сульфат-ионы и др. Другая часть вещества идет на образование биомассы. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле.
Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены скоплениями бактерий. Субстрат, которого в активном иле может быть до 40%, представляет собой твердую отмершую часть остатков водорослей и различных твердых остатков. К нему прикрепляются организмы активного ила. Активный ил представляет собой амфотерную коллоидную систему, при рН=4-9, имеющую отрицательный заряд.
Основную роль в процессе очистки сточных вод играют процессы превращения вещества, протекающие внутри клеток микроорганизмов. Эти процессы заканчиваются окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ с затратой энергии. Все реакции биохимического метаболизма управляются по скорости при помощи биокатализаторов-ферментов. Клетки микробов имеют определенный набор ферментов. Некоторые из них постоянно присутствуют, другие синтезируются в клетках вследствие каких-либо изменений в окружающей среде, например, изменения состава или концентрации загрязнений сточных вод.
4. Технологическая схема очистки воды.
На отечественных и зарубежных нефтеперерабатывающих заводах общепринятая схема включает три стадии очистки: 1) механическая - очистка от грубодисперсных примесей (твердых и жидких); 2) физико-химическая -очистка от коллоидных частиц, обезвреживании сернисто-щелочных вод; 3) биологическая -очистка от растворенных примесей. Кроме того, производится доочистка биологически очищенных сточных вод.
На некоторых зарубежных заводах для очистки от растворенных примесей используют сорбционный метод.
В табл.1 приведены данные о применяемых схемах очистки сточных вод на ряде зарубежных заводов. [2].
Методы очистки производственных сточных вод, объединенные схемой, размещаются в определенном порядке по принципу: последовательность очистки - от простого к сложному. Т. е. сначала применяются методы для удаления примесей I группы, затем - П и т.д. При этом контролируется содержание в воде отдельно каждой группы примесей на всех стадиях очистки, так как предыдущая стадия должна обеспечивать качество воды, которое позволит использовать следующий метод очистки.
Учитывая вышесказанное и в соответствии с условием задания и выбранными методами очистки от примесей I , П и Ш группы нами предлагается следующая технологическая схема очистки промышленных сточных вод (рис.1).
В соответствии с предлагаемой схемой очистка промышленных сточных вод включает три стадии.
Таблица 1
Схемы очистки сточных вод, применяемые на некоторых зарубежных НПЗ
| Предприятие, фирма, город, страна | Схема очистки сточных вод |
| НПЗ компании «Маратов Ойл Ко», Техас-Сити, США | Нефтеловушки типа АНИ - реагентная флотация |
| Пзфирмы «Атлантик Ричфилд», Карлсон, США | Нефтеловушки типа АНИ - адсорбционная установка |
| Завод фирмы «Хамбл Ойл», Питсбург, США | Коагуляция-песчаные фильтры |
| НПЗ компании «Америкэн Ойл Ко», Уаигинг, США | Нефтеловушки типа АНИ - аэрируемый пруд –реагентная флотация |
| НПЗ фирмы «Хамбл Ойл», Бейтаун, США | Нефтеловушки типа АНИ - пруд дополнительного отстоя – аэротенки –биологические пруды |
| НПЗ фирмы «Ситиз-Сервис», Бронте, Канада | Нефтеловушки типа АНИ - пруд-усреднитель-коагуляция-биофильтры - озонирование –аэротенки - песчаные фильтры |
| НПЗ фирмы «ЕНИ», Ингель-штадт, ФРГ | Нефтеловушки. С параллельными пластинами – коагуляция – биологическая очистка |
| НПЗ, Польян, Франция | Нефтеловушки с параллельными пластинами –биологическая очистка |
| НПЗ, Сан-Нарро, Италия | Реагентная флотация – биологическая очистка |
| НХК, Питешти, СРР | Нефтеловушки типа АНИ - коагуляция –биологическая очистка - сооружения доочистки |
На первой стадии осуществляется удаление нефтепродуктов и механических примесей на нефтеловушках. Типовые Нефтеловушки представляют собой горизонтальный прямоугольный отстойник. Тяжелые смолообразные продукты выпадают в осадок. Всплывание нефти на поверхность воды происходит в отстойной камере. Нефть удаляется через нефтесборные трубы. Скорость движения воды в нефтеловушках изменяется в пределах 0,005-0,01 м/с. Для частичек нефти диаметром 80-100 мкм скорость всплывания равна 1-4 мм/с. Горизонтальные Нефтеловушки имеют не менее 2-х секций. Ширина секций 2-3 м, глубина отстаиваемого слоя воды 1,2-1,5 м , продолжительность отстаивания не менее 2 часов. Остаточное содержание нефтепродуктов в воде составляет 100 мг/л.
После Нефтеловушки сточные воды подаются на физико-химическую очистку от коллоидных нефтепродуктов при помощи процесса коагуляции.
флокулянт
 |
|||
 |
|||
коагулянт
иловая смесь
