Очистка газов сточными водами

Выбор метода очистки промышленных стоков в зависимости от видов загрязнений

Selection of Industrial Wastewater Treatment Depending on the Type of Pollution

Keywords: industrial wastewater,mechanical method, filtration, straining, chemical method, coagulation, neutralization, flocculation, physical-chemical method, stripping, flotation, electrochemical methods, combined methods

Treatment of surface runoff of industrial enterprises is an important part of technological process. Quality treatment of wastewater not only lets the company avoid penalties for violation of environment protection legislation, but up to 90-95% of treated wastewater can be reused in recycle water supply for production shops, and this is a noticeable savings on water use.

Очистка поверхностных стоков промышленных предприятий является важной частью технологического процесса. Помимо того что качественная очистка стоков позволяет предприятию избежать санкций за нарушение экологического законодательства, до 90–95 % очищенных стоков может быть повторно использовано в оборотном водоснабжении производственных цехов, а это немалая экономия на водопотреблении.

ВЫБОР МЕТОДА ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДОВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Очистка стоков промышленных предприятий является важной частью технологического процесса. Помимо того что качественная очистка стоков позволяет предприятию избежать санкций за нарушение экологического законодательства, но и 90–95 % очищенных стоков может быть повторно использовано в оборотном водоснабжении производственных цехов, а это немалая экономия на водопотреблении.

Классификация промышленных сточных вод

Так как на различных предприятиях используются разнообразные технологии, то и перечень вредных веществ, попадающих в ходе технологических процессов в промышленные стоки, очень различается.

Принято условное деление промышленных стоков на пять групп по видам загрязнений. Химический состав загрязняющих веществ при данной классификации различается в пределах одной и той же группы, а за систематизирующий признак взято сходство используемых технологий очистки:

• группа 1: примеси в виде взвешенных веществ, механические примеси, в том числе гидроксиды металлов;
• группа 2: примеси в виде масляных эмульсий, нефтесодержащие примеси;
• группа 3: примеси в виде летучих веществ;
• группа 4: примеси в виде моющих растворов;
• группа 5: примеси в виде растворов органических и неорганических веществ, обладающих токсичными свойствами (цианиды, соединения хрома, ионы металлов).

Методы очистки промышленных стоков

Для удаления загрязняющих веществ из промышленных сточных вод существует несколько методов. Выбор метода очистки производственных стоков в каждом конкретном случае осуществляется, основываясь на составе исходных стоков и требуемом качественном составе очищенной воды. Так как в некоторых случаях загрязняющие компоненты относятся к различным видам, то для таких условий целесообразно применение комбинированных методов очистки:

• механические методы: фильтрование, процеживание, отстаивание;
• химические методы: коагуляция, нейтрализация, флокуляция;
• физико-химические методы: отдувка, флотация, электрохимические методы, комбинированные методы.

Методы очистки производственных стоков от нефтепродуктов и взвешенных веществ

Для очистки промышленных стоков первых двух групп наиболее часто используется отстаивание, для чего могут применяться отстойники или гидроциклоны. Также в зависимости от количества механических примесей, размера взвешенных частиц и требований к очищенной воде в очистных сооружениях осуществляются флотация и фильтрование стоков. При этом следует учитывать, что некоторые виды взвешенных примесей и масел обладают полидисперсными свойствами.

Несмотря на то что отстаивание является широко используемым методом очистки, оно обладает рядом недостатков. Отстаивание промышленных стоков для получения хорошей степени очистки, как правило, требует очень продолжительного времени. Хорошими показателями очистки при отстаивании считаются 50–70 % очистки от нефтепродуктов и масел и 50–60 % очистки для взвешенных веществ.

Более эффективным методом осветления сточных вод является флотация. Флотационные установки позволяют значительно сократить время очистки стоков, при этом степень очистки для загрязнений нефтепродуктами и механическими примесями достигает показателя в 90–98 %. Такая высокая степень очищения получается при флотации в течение 20–40 минут.

На выходе из флотационных установок количество взвешенных частиц в воде составляет около 10–15 мг/л. В то же время это не соответствует требованиям, предъявляемым для оборотных вод ряда промышленных предприятий, и требованиям экологического законодательства для сброса промстоков на рельеф. Для более качественного удаления загрязняющих факторов из производственных стоков на очистных станциях используют фильтры. Фильтрующим наполнителем выступает пористый либо мелкозернистый материал, например: адсорбент ГЛИНТ, кварцевый песок, антрацит. В фильтровальных установках последних модификаций часто применяются наполнители из пеноуретанов и пенополистиролов, которые обладают большей емкостью и способны многократно регенерировать для повторного использования.

Реагентный метод

Фильтрование, флотация и отстаивание позволяют удалять из сточных вод механические примеси от 5 мкм и больше, удаление более мелких частиц можно осуществить только после предварительной реагентной обработки. Добавление в промышленные стоки коагулянтов и флокулянтов вызывает образование хлопьев, которые в процессе осаждения вызывают сорбацию взвешенных веществ. Некоторые виды флокулянтов ускоряют процесс самокоагуляции частиц. Наиболее распространены в качестве коагулянтов хлорное железо, сернокислый алюминий, железный купорос, в качестве флокулянтов – полиакриламид и активированная кремниевая кислота. В зависимости от технологических процессов, применяемых на основном производстве, для флокуляции и коагуляции можно использовать образующиеся на предприятии вспомогательные вещества. Таким примером может служить применение в машиностроительной отрасли отработанных травильных растворов, содержащих сульфат железа.

Реагентная обработка увеличивает показатели очистки сточных вод промышленного предприятия до 100 % от механических примесей (включая мелкодисперсные) и до 99,5 % от эмульсий и нефтепродуктов. Минусом данного метода является усложнение обслуживания и эксплуатации очистной станции, поэтому на практике он применяется только в случаях повышенных требований к качеству очистки стоков.

На сталелитейных производствах взвешенные вещества в сточных водах могут более чем наполовину состоять из железа и его оксидов. Такой состав промышленной воды позволяет использовать для очистки безреагентную коагуляцию. В данном случае коагуляция загрязняющих железосодержащих частиц будет осуществляться за счет магнитного поля. Очистные станции на таком производстве представляют собой комплекс из магнитокоагулятора, магнитных фильтров, магнитных фильтроциклонов и прочих установок с магнитным принципом действия.

Методы очистки промышленных стоков от растворенных газов и поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Третья группа промышленных стоков представляет собой растворенные в воде газы и летучие органические вещества. Удаление их из сточных вод осуществляется методом отдувки или десорбции. Данный метод заключается в пропускании через жидкость мелких пузырьков воздуха. Поднимающиеся к поверхности пузырьки захватывают с собой растворенные газы и удаляют их из стоков. Барботирование воздуха через промышленные сточные воды не требует специальных дополнительных устройств, кроме самой барботажной установки, а утилизация освобожденных газов может осуществляться, например, сорбционным методом. В зависимости от количества отработанного газа в ряде случаев целесообразно его сжигание в каталитических установках.

Для очистки стоков, содержащих моющие вещества, применяется комбинированный метод очистки. Здесь могут быть применены:

• адсорбция на инертных материалах или природных сорбентах,
• ионный обмен,
• коагуляция,
• экстракция,
• пенная сепарация,
• деструктивное разрушение,
• химическое осаждение в виде нерастворимых соединений.

Комбинация используемых способов удаления загрязнений из воды подбирается по составу исходных стоков и требованиям к очищенным стокам.

Методы очистки растворов органических и неорганических веществ, обладающих токсичными свойствами
В большинстве своем стоки пятой группы образуются на гальванических и травильных линиях и представляют собой концентраты солей, щелочей, кислот и промывной воды с различными показателями кислотности. Сточные воды такого состава на очистных установках подвергаются реагентной обработке, чтобы понизить кислотность, понизить щелочность, коагулировать и осадить соли тяжелых металлов.

В зависимости от мощностей основного производства концентрированные и разбавленные растворы могут либо смешивать, а затем нейтрализовать и осветлять (малые травильные отделения), либо в крупных травильных отделениях производить раздельную нейтрализацию и осветление растворов различной концентрации.

Нейтрализация кислых растворов обычно выполняется 5–10%-ным раствором гашеной извести, при этом происходят образование воды и выпадение осадка нерастворимых солей и гидроксидов металлов.

Кроме гашеной извести, в качестве нейтрализатора могут использоваться щелочи, сода, аммиачная вода, но их применение целесообразно в том случае, если они образуются в качестве отходов на данном предприятии. При нейтрализации сернокислотных стоков гашеной известью образуется гипс. Гипс имеет свойство оседать на внутренних поверхностях трубопроводов и вызывать тем самым сужение проходного отверстия, особенно подвержены этому трубопроводы из металла. В качестве профилактики в такой ситуации возможно производить очистку труб промывкой, а также использовать трубопроводы из полиэтилена.

Сточные воды гальванических производств подразделяют не только по показателю кислотности, но и по их химическому составу. В данной классификации выделяются три группы стоков:

• хромсодержащие,
• цианистые,
• разные (кислые и щелочные).

Такое разделение обусловлено специфичными технологиями очистки стоков в каждом случае.

Очистка хромсодержащих стоков

В хромсодержащих стоках содержится шестивалентный высокотоксичный хром. Его обеззараживание происходит при восстановлении до трехвалентных соединений с натрием.

Сульфат железа очень дешевый реагент, поэтому в прошлые годы такой способ обеззараживания был очень распространен. В то же время хранение сульфата железа (II) очень затруднительно, так как он быстро окисляется до сульфата железа (III), поэтому рассчитать правильную дозировку для очистной установки тяжело. Это один из двух недостатков данного способа. Вторым недостатком является большое количество осадков в данной реакции.

Современные очистные установки для очистки гальванических стоков используют газ – диоксид серы либо сульфиты. Протекающие при этом процессы уже достаточно описаны.

На скорость данных реакций влияет pH раствора: чем выше кислотность, тем быстрее восстанавливается шестивалентный хром до трехвалентного. Самым оптимальным показателем кислотности для реакции восстановления хрома является pH = 2–2,5, поэтому при недостаточной кислотности раствора его дополнительно смешивают с концентрированными кислотами. Соответственно, смешивание хромсодержащих стоков со стоками меньшей кислотности необоснованно и экономически невыгодно.

Также с целью экономии хромистые сточные воды после восстановления не следует нейтрализовать отдельно от остальных стоков. Их соединяют с остальными, включая циансодержащие, и подвергают общей нейтрализации. Для профилактики обратного окисления хрома за счет избытка хлора в цианистых стоках можно воспользоваться одним из двух способов: либо увеличить количество восстановителя в хромистых стоках, либо удалить избыточный хлор в цианистых стоках тиосульфатом натрия. Выпадение в осадок происходит при pH = 8,5–9,5.

Очистка циансодержащих стоков

Цианиды являются очень токсичными веществами, поэтому технология и методы очистки сточных вод гальванического цеха должны соблюдаться очень строго.

Обезвреживание цианидов производится в основной среде с участием газообразного хлора, хлорной извести либо гипохлорита натрия. Окисление цианидов до цианатов происходит в два этапа с промежуточным образованием хлорциана – очень токсичного газа, при этом в очистной установке должны постоянно поддерживаться условия, когда скорость второй реакции превышает скорость первой.

Расчетным путем были выведены, а позже и подтверждены практически следующие оптимальные условия для данной реакции: pH > 8,5; t сточных вод ниже 50 °C; концентрация цианидов в исходной сточной воде не выше 1 г/л.
Дальнейшая нейтрализация цианатов может выполняться двумя способами. Выбор способа будет зависеть от кислотности раствора:

• при pH = 7,5–8,5 осуществляется окисление до углекислого газа и газообразного азота;
• при pH

Поделиться статьей в социальных сетях:

Источник

Глава 3. Нефтедобывающая промышленность

Л.И. Бондалетова
Промышленная экология
Учебное пособие / Том. политехн. ун-т. – Томск, 2002. – 168 с.

Глава 3. Нефтедобывающая промышленность

3.6. Методы очистки сточных вод, образующихся при бурении и добыче нефти и газа

Основными загрязняющими веществами сточных вод на предприятиях нефтяной и газовой промышленности являются нерастворимые и органические примеси, обычно находящиеся в стоках во взвешенном состоянии.

Грубодисперсные минеральные и органические загрязняющие вещества выделяют из сточных вод с помощью механических методов очистки (процеживание, отстаивание, разделение в поле центробежных сил на гидроциклонах или в центрифугах). Для отделения мелкодисперсных загрязняющих частиц широко используется фильтрование. Основные сооружения для отстаивания нефтесодержащих сточных вод ‑ нефтеловушки, в которых нефть или нефтепродукты выделяются из воды и всплывают на поверхность, а значительное количество твердых механических примесей оседает. На крупных нефтебазах, перекачивающих станциях и других объектах нефтяной промышленности применяют также мазутоловушки, бензо- и маслоловушки ‑ аналоги нефтеловушек.

Физико-химические методы очистки сточных вод находят все более широкое применение в качестве самостоятельного метода и в сочетании с другими видами очистки. Обусловлено это все возрастающим использованием на нефтегазовых предприятиях оборотных систем водоснабжения, требующих глубокой очистки сточных вод, а также стремлением к максимальному извлечению из стоков полезных продуктов с целью их повторного использования. Наиболее широко используются методы коагуляции, флотации, экстракции и некоторые другие. Все остальные методы (электрохимические, сорбционные, дистилляция, ректификация, перегонка с паром) не являются универсальными и используются, как правило, в системах локальной очистки. Они энергоемки и имеют ограничения по производительности.

Из химических методов очистки в нефтяной и газовой промышленности используются озонирование, хлорирование и умягчение воды. Озонирование применяют для глубокой очистки сточных вод, прошедших механическую, физико-химическую или биологическую очистку от растворенных в них нефтепродуктов и других органических примесей, а также сероводорода, тетраэтилсвинца, дезодорации (устранения специфического запаха нефтепродуктов) и бактериального обеззараживания воды.

Эффективность очистки от тетраэтилсвинца сточных вод озонированием составляет 90 %. Более глубокая очистка (до 100 %) возможна при использовании катализатора (силикагель). Концентрация озона при этом должна быть не менее 15 мг/л, а время контакта очищаемой воды с озоновоздушной смесью ‑ 1 ч.

Для удаления из сточных вод растворенных в них органических веществ часто применяют биологическое окисление в природных или искусственно созданных условиях. В первом случае используются почвы, проточные и замкнутые водоемы, во втором ‑ специально построенные для очистки сооружения (биофильтры, аэротенки и другие окислители различных конструкций). Содержание нефтепродуктов в сточных водах после биологической очистки составляет 5-10 мг/л при начальном содержании их 20-50 мг/л.

Очистка буровых сточных вод, утилизация отходов бурения

Коагуляция ‑ один из наиболее доступных и дешевых методов очистки буровых сточных вод. Цель коагуляции ‑ освобождение воды от нефти, мути, взвешенных веществ, физико-химические свойства которых не позволяют или делают нерациональным удаление их отстаиванием. Высокая эффективность очистки сточных вод достигнута при использовании сернокислого алюминия в качестве коагулянта. Очищенные таким методом буровые сточные воды по коррозионной активности соответствуют чистым водам, в большинстве случаев прозрачны. Их можно повторно использовать в технологических процессах бурения скважин. Для улучшения очистки сточную воду перед подачей на коагуляцию необходимо предварительно отстаивать от нефти и взвешенных частиц в шламовых амбарах.

Методы очистки буровых сточных вод: фильтрация, центрифугирование, окисление органических примесей озоном с последующим использованием вод в оборотном водоснабжении не получили широкого распространения.

Методы очистки пластовых вод

Для очистки пластовых и в целом промысловых сточных вод наиболее широко в нефтяной и газовой промышленности применяют самый простой и дешевый способ ‑ отстой в резервуарах-отстойниках. Однако такой способ не всегда обеспечивает необходимую степень очистки. Дополнительно используют фильтры, гидроциклоны. С помощью флотации из сточных вод удаляют эмульгированные нефтепродукты и твердые частицы, которые не задерживаются в нефтеловушках. Для повышения эффективности флотационной очистки применяют различные коагулянты (водные растворы глинозема, хлорного железа и др.). Продолжительность нахождения сточной воды во флотаторах 10-20 мин.

Для очистки сильно эмульгированных стоков применяют электрофлотаторы ‑ в результате электролиза сточной воды под действием постоянного электрического тока очищаемая вода насыщается микропузырьками. Обработки сточных вод в электрическом поле микродуговыми разрядами позволяет разлагать органические соединения под действием образующегося при этом озона.

Использование на нефте- и газодобывающих предприятиях сооружений, включающие каскады биологической и механической очистки сточных вод, малоэффективно из-за их громоздкости и большой стоимости. Капитальные затраты на их строительство достигают 30 % от стоимости предприятий. Высокоэффективно сочетание различных методов очистки промысловых сточных вод, например отстаивания или электрофлотации и метода микродугового разряда.

Утилизация нефтепромысловых сточных вод для поддержания пластовых давлений на разрабатываемых нефтяных месторождениях позволит решить проблему защиты водоемов от загрязнения.

Кроме загрязнения окружающей среды пластовые воды вызывают интенсивную коррозию нефтепромыслового оборудования из-за наличия остаточного газа, механических примесей, растворенных солей, кислорода, химических реагентов, продуктов коррозии, а также появления в них на поздней стадии разработки месторождения сероводорода в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Коррозия приводит к нарушению герметичности колонн, а попадающие в почву сточные воды вызывают засоление почвы и грунтовых источников питьевой воды. В связи с этим пластовые воды обрабатывают ингибиторами коррозии, на внутреннюю поверхность трубопроводов и рабочих органов насосов, предназначенных для перекачки сточных вод, наносят защитные полимерные покрытия, проводят мероприятия по предотвращению попадания в них кислорода, кислотных и щелочных стоков, отделению газа и песка.

Для борьбы с бактериальным заражением в пласты закачивают сильноминерализованные воды с добавлением в них бактерицидов ‑ химических реагентов, ядовитых для сульфатвосстанавливающих бактерий.

В целом для защиты окружающей среды от загрязнения пластовыми водами необходимо проведение следующих мероприятий: обеспечение глубокой очистки промысловых сточных вод; широкое применение антикоррозийных покрытий и химических реагентов для защиты от коррозии нефтедобывающего оборудования; полное использование получаемых на промыслах сточных вод в системе поддержания пластового давления; контроль за состоянием поверхностных вод и качеством сточных вод, используемых в системе поддержания пластового давления.

Источник