Авторы Анапольский В.Н., Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ровно, Прокопьев К.Л., Олиферук С.В., Романенко А.П., ООО «ФАГС», г. Ровно

Нефтепродукты являются одними из наиболее распространенных антропогенных загрязнителей поверхностных водоёмов и водотоков, а в некоторых регионах также и подземных источников питьевого водоснабжения.

Они попадают в окружающую среду в результате техногенных аварий, сброса неочищенных и недостаточно очищенных нефтесодержащих сточных вод, и в значительном количестве вследствие неорганизованного отвода ливневого и талого стоков с территорий, загрязненных различными нефтепродуктами и маслами. Поэтому проблема эффективной очистки нефтесодержащих сточных вод, наряду с другими мероприятиями по предотвращению загрязнения водных источников нефтепродуктами, является одной из наиболее актуальных в современных условиях, тем более что ПДК этих веществ в водоёмах и водотоках рыбохозяйственного назначения установлена на уровне 0,05 мг/л.

Нефтепродукты и близкие к ним по свойствам масла содержатся в производственных сточных водах подавляющего числа предприятий промышленности, транспорта и сферы услуг, поверхностном стоке с территорий этих предприятий, а также отработанных технологических растворах различного назначения — смазочно-охлаждающих жидкостях, моечных и обезжиривающих растворах и тому подобных эмульсиях производственного назначения.

В настоящее время накоплен достаточно большой опыт для оптимального решения большинства технологических и технических проблем, возникающих при очистке нефтесодержащих сточных вод. Вместе с тем, во многих случаях на практике реализуются проекты, в которых не учтены особенности состава нефтесодержащих стоков и свойства, содержащихся в них загрязняющих веществ. Так, в первую очередь не учитывается, то, что нефтесодержащие сточные воды являются многокомпонентными и многофазными водными системами.

Нефтесодержащие стоки практически всегда одновременно с нефтепродуктами содержат также механические частицы, поверхностно-активные вещества, органические соединения и, во многих случаях, тяжелые металлы. При разработке технологических схем очистки, кроме многокомпонентности этих сточных вод, необходимо непременно учитывать состояние и степень агрегативной устойчивости нефтепродуктов, содержащихся в сточных водах ( рис. 1 ).

Обычно нефтепродукты находятся в сточных водах в неэмульгированном, грубоэмульгированном, тонкоэмульгированном и молекулярном состоянии. В зависимости от условий образования, концентрации примесей и состава сточных вод в них преобладают нефтепро дукты в том или ином фазово-дисперсном виде. При высоких концентрациях их и отсутствии в стоках стабилизирующих веществ, в первую очередь поверхностно-активных, основное количество нефтепродуктов находится в виде крупных капель.

В случае низких концентраций нефтепродуктов, практически все они находятся в тонкоэмульгированном состоянии, тем более при наличии в сточных водах стабилизирующих веществ. Образование высокодисперсных эмульсий происходит в результате механического диспергирования нефтепродуктов в стоках, главным образом, при перекачке и движении нефтесодержащих вод в трубопроводах.

Тонкоэмульгированные частицы нефтепродуктов в сточных водах могут быть нестабилизированными, слабостабилизированными или сильностабилизированными содержащимися в стоках ингредиентами. Стабилизирующее действие проявляют находящиеся в сточных водах ПАВ, высокомолекулярные органические соединения, а также твердые примеси коллоидной степени дисперсности. Чаще всего на практике агрегативная устойчивость тонкоэмульгированных примесей обеспечивается анионными и неионогенными ПАВ, которые используются для приготовления разнообразных технологических растворов или сбрасываются в сточные воды после применения для каких-либо других технологических целей.

Неэмульгированные и грубоэмульгированные нефтепродукты достаточно просто и эффективно удаляются из сточных вод отстаиванием в нефтеловушках различных конструкций. Крупность частиц, которые эффективно извлекаются при отстаивании, зависит, прежде всего, от плотности нефтепродуктов. В табл. 1 приведены расчётные скорости всплывания капель в зависимости от их крупности и плотности нефтепродуктов.

В большинстве случаев нефтеловушки рассчитываются на скорость всплывания 0,5 мм/с. Такую скорость всплывания имеют частицы крупностью около 0,13 мм при их плотности 0,95 г/см 3 и частицы крупностью примерно 0,07 мм с плотностью 0,8 г/см 3 . Отсюда следует, что нефтеловушки имеют определенный предел по эффективности работы, ограниченный размером и плотностью капель нефтепродуктов в сточных водах. Остающиеся в очищаемых водах после прохождения нефтеловушки нефтепродукты можно условно отнести к тонкоэмульгированным.

Для очистки сточных вод, содержащих нестабилизированные тонкоэмульгированные нефтепродукты, могут применяться безреагентные процессы, такие как коалесценция, электрофлотация, фильтрование, ультрафильтрация, сорбция и другие. Безреагентная схема очистки, как правило, не обеспечивает получение очищенных вод с качеством, допускающим их сброс в водоёмы и водотоки. В то же время, очищенные воды вполне могут быть использованы в водооборотных системах, например, ручных моек автотранспорта, в которых не применяются моющие средства.

В технологии очистки сточных вод, содержащих слабостабилизированные тонкоэмульгированные нефтепродукты, применяется в большинстве случаев электрокогуляция или реагентная коагуляция. При этом одновременно происходит коагуляция высокодисперсных и коллоидных твердых частиц, сорбция ПАВ и органических соединений. Для получения очищенных вод с допустимой для сброса в водоёмы или водотоки концентрацией нефтепродуктов в технологической схеме предусматривается ступень сорбционной доочистки от нефтепродуктов, находящихся в растворенном состоянии.

Наиболее сложной проблемой является очистка сточных вод, содержащих сильностабилизированные нефтепродукты. В технологии очистки таких стоков, как правило, применяется ступень дестабилизации (деэмульгирования), которая позволяет основательно снизить агрегативную устойчивость эмульсий и дает возможность осуществления эффективной коагуляции дестабилизированных частиц нефтепродуктов. В качестве дестабилизатора наибольшее распространение получила серная кислота, а в последнее время для разрушения стойких эмульсий используются также различные высокомолекулярные органические деэмульгаторы. После обработки дестабилизатором сточные воды направляются на отстаивание в нефтеловушке, а затем на доочистку, предусматривающую электрокоагуляцию или реагентную коагуляцию остаточных нефтепродуктов.

С учетом изложенных выше подходов разработаны рекомендации по выбору наиболее эффективных процессов для очистки нефтесодержащих сточных вод ( табл. 2 ).

В настоящее время отдельные процессы очистки нефтесодержащих вод практически не применяются из-за невозможности получения очищенных вод с качеством, отвечающим нормативным требованиям. Поэтому, обычно их очистка осуществляется в несколько ступеней, каждая из которых обеспечивает удаление из стоков нефтепродуктов, находящихся в определенном фазово-дисперсном состоянии. Как правило, такие многоступенчатые схемы состоят из этапа предочистки от неэмульгированных и грубоэмульгированных нефтепродуктов, этапа основной очистки от тонкоэмульгиронных частиц и этапа доочистки от растворенных нефтепродуктов.

На первом этапе очистку проще всего осуществлять в нефтеловушках, оборудованных механизмами для сбора и удаления слоя уловленных нефтепродуктов. В последнее время из-за наличия практически во всех нефтесодержащих водах взвешенных веществ получают достаточно широкое применение

комбинированные установки — отстойники-нефтеловушки. Как альтернативный вариант, возможна замена их на трехпродуктовые гидроциклоны, которые особенно выгодны при ограниченных площадях для размещения очистных сооружений.

Второй этап очистки состоит преимущественно из двух ступеней. Первая ступень предназначена для извлечения основной массы тонкоэмульгированных нефтепродуктов, а также высокодисперсных и коллоидных твердых примесей. Чаще всего для очистки на этой ступени применяются отстойники или флотаторы с предварительной коагуляционной обработкой стоков. При этом производится либо химическая коагуляция реагентами, либо электрокоагуляция в электролизерах с растворимыми алюминиевыми или стальными электродами. Получает также распространение гальванокоагуляционный способ обработки нефтесодержащих вод перед отстаиванием. Но этот способ ввода коагулянта в очищаемые стоки может применяться только при высокой их минерализации или кислотности (рН < 2 ед.).

После извлечения основной массы эмульгированных нефтепродуктов осуществляется дополнительная очистка стоков на фильтрах с зернистыми загрузками, преимуществом которых является возможность регенерации их фильтрующих свойств путем периодической промывки фильтрующей загрузки.

Применение фильтрующих материалов, которые не промываются после загрязнения, может быть обоснованно только для временных очистных сооружений. В очищенных после фильтров водах практически не содержатся эмульгированные нефтепродукты при условии эффективной предварительной коагуляции частиц, качественной работы отстойника или флотатора и оптимального режима фильтрования.

После фильтров производится доочистка нефтесодержащих вод от растворенных нефтепродуктов для получения очищенных вод с качеством, допускающим их сброс в водоёмы или водотоки. На этапе доочистки нефтесодержащих вод чаще всего применяются открытые или напорные адсорбционные фильтры. Обратный осмос на этом этапе может быть оправдан только при необходимости одновременного обессоливания очищаемых вод, а процессы окисления — в случае присутствия в

этих водах окисляемых неорганических и органических веществ, концентрация которых при сбросе в водоёмы или водотоки ограничена действующими нормативами.

Как свидетельствует многолетняя практика, надежная качественная очистка нефтесодержащих вод возможна исключительно при реализации многоступенчатых технологических схем извлечения нефтепродуктов и других загрязняющих ингредиентов. Попытки использования простых решений для

получения очищенных вод требуемого качества дают только кратковременный эффект и не пригодны при длительной эксплуатации очистных сооружений.

Следует отметить, что при использовании очищенных вод в водооборотных системах различных производств не требуются столь низкие концентрации нефтепродуктов в этих водах, как при сбросе в водотоки или системы коммунальной канализации. Поэтому в водооборотных системах этап доочистки на адсорбционных фильтрах обычно не предусматривается, что существенно упрощает и уменьшает стоимость очистных сооружений. Более того, если в сточных водах содержатся только нестабилизированные нефтепродукты, то технологическая схема очистки этих стоков в водооборотных системах может быть принята безреагентной.

На рис. 2 приведены возможные варианты принципиальных схем очистки нефтесодержащих вод, содержащих нестабилизированные, слабостабилизированные и сильно стабилизированные нефтепродукты. Эти технологические схемы в том или ином варианте реализованы на практике и подтвердили свою высокую эффективность и надежность. Выбор варианта технологической схемы производится с учетом реальных качественных показателей нефтесодержащих вод, подлежащих очистке, расхода стоков и требований к качеству очищенных вод. При этом следует избегать применения в технологической системе очистки промежуточных перекачек нефтесодержащих стоков для предотвращения дополнительного эмульгирования нефтепродуктов и диспергирования предварительно коагулированных компонентов. Поэтому более обоснованным и рациональным технологическим решением является применение безнапорных схем очистки нефтесодержащих вод.

Кроме проблемы очистки нефтесодержащих вод, актуальным и на сегодняшний день не до конца решенным является вопрос переработки отходов водоочистки, содержащих нефтепродукты. В настоящее время утилизируются лишь уловленные в процессе очистки нефтепродукты, а осадки и нефтешламы после накопления и обезвоживания, как правило, вывозятся на полигоны промышленных отходов. Такое решение не является экологически обоснованным, в связи с чем предлагаются и реализуются на практике различные технологии извлечения нефтепродуктов из образующихся в процессе очистки стоков осадков и нефтешламов. Особенно эффективным способом переработки их является биологическая деструкция содержащихся в твердых отходах нефтепродуктов. После этого осадки и шламы могут быть утилизированы или вывезены совместно с другими промышленными отходами.

В целом большинство прикладных проблем очистки нефтесодержащих вод уже сейчас могут быть решены на современном уровне. Этот уровень предполагает эффективность, надежность, гибкость и экономичность технологических решений, а также долговременную, не менее 15-20 лет, безотказную работу применяемого водоочистного оборудования. Поскольку не все из предлагаемых на рынке разработок отвечают этим условиям, то при выборе варианта очистных сооружений следует отдавать предпочтение проверенным на практике технологическим комплексам очистки нефтесодержащих вод.

Такие водоочистные комплексы позволяют в одном компактном блоке разместить несколько модулей, обеспечивающих требуемые качественные показатели очищенных вод. В первую очередь, это относится к водоочистным комплексам небольшой производительности, предназначенным для работы в водооборотных системах. Создание многофункционального оборудования для эффективной очистки нефтесодержащих вод и организация серийного его выпуска является наиболее прогрессивным направлением развития водоочистной техники. ■