Методы очистки сточных вод электростанций от нефтепродуктов

Опыт эксплуатации ГРЭС, а также ТЭС и АЭС показывает, что удаление нефтепродуктов (мазута, масел) из воды является одной из наиболее сложных проблем в работе водохимических систем. Концентрация нефтепродуктов в некоторых видах сточных вод может достигать 1000 мг/л, а при аварийных и залповых сбросах намного больше. Высокая их летучесть при выпаривании является причиной загрязнения дистиллята, в котором их может содержаться до 10 мг/л. К числу главных проблем при очистке замазученных (нефтесодержащих) сточных вод относится выделение эмульгированных минеральных масел, мазута и других видов нефтепродуктов. Одними из наиболее распространенных и применяемых методов очистки сточных вод от указанных видов нефтепродуктов являются гидромеханические методы, включающие очистку с помощью песколовок, нефтеловушек, прудов дополнительного отстоя, фильтров.

Кроме того, мазуты и другие нефтепродукты, как правило, мало растворимы в воде и устойчивы к биохимическому окислению, что усиливает опасность загрязнения ими природных вод. Так, количество нефтепродуктов в воде при температуре до 5 ° С уменьшается в течение 2 – 7 суток лишь на 15 %, а при температуре до 20 ° С – на 40 – 50 %.

В песколовках улавливается, как правило, до 25 % нефтепродуктов, содержащихся в сточных водах совместно с мехпримесями.

Отстаивание стоков производится в специальных нефтеловушках. Распространенным недостатком применяемых в большинстве случаев конструкций нефтеловушек является их относительно недостаточная эффективность, не превышающая обычно 40 – 60 %.

В отечественной и зарубежной практике для дальнейшей очистки сточных вод, прошедших нефтеловушку, применяют пруды дополнительного отстоя. Опыт показывает, что целесообразно применение нескольких секций прудов, каждая из которых оборудуется устройством для рассредоточенного ввода и выпуска воды. Глубина прудов составляет до 4 м. Сбор и удаление нефтепродуктов с поверхности прудов осуществляется обычно с помощью нефтесборных труб и механическими методами.

Фильтрование сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, обычно используется на заключительных стадиях их очистки, и на этом основании его часто относят к методам доочистки.

В качестве основной загрузки для фильтров используют кварцевый песок с крупностью частиц 0,5 – 2 мм. Высота слоя загрузки составляет, как правило, 1 – 2 м. На такие фильтры рекомендуется подавать сточную воду, содержащую в 1 л не более 2 – 50 мг нефтепродуктов. С увеличением концентрации нефтепродуктов в исходной воде эффективность очистки заметно снижается.

Кроме традиционных материалов для загрузки фильтров используются и такие, как сульфоуголь, отработанный в Nа-катионитных фильтрах, гидрофобный вспученный перлит, угольная пыль, древесные опилки, торф, полиуретан, пенополистирол, гидрофобный кремнезем и др. Значения поглотительной способности различных фильтрующих материалов составляют (кг/кг):

• для кварцевого песка – 0,11;
• антрацита – 0,2;
• сульфоугля – 0,22;
• нефтяного кокса – 0,23;
• горелой породы – 0,26;
• котельного шлака – 0,21;
• керамзита – 0,33;
• диатомита сырого дробленого – 0,83;
• активированного угля марки БАУ – 0,89.

Лучшие результаты по регенерации насыпных фильтров достигаются не отмывкой водой, а подачей горячего водяного пара давлением 0,03 – 0,04 МПа через верхнее распределительное устройство. Пар разогревает уловленные нефтепродукты, и они под давлением вытесняются из слоя. Пар при этом конденсируется. Расход пара на регенерацию составляет (в пересчете на конденсат) не более 1 – 2 объемов фильтрующего слоя. Длительность регенерации зависит от вида нефтепродуктов и степени загрязнения фильтра и не превышает 2 – 3 часов. Вытеснение нефтепродуктов из фильтра сопровождается сначала ростом его концентрации в конденсате, а затем ее снижением.

Конденсат может сбрасываться на вход в нефтеловушку, что практически не увеличивает расход воды через очистные сооружения.

С помощью физико-химических методов очистки (например, коагуляции, флокуляции, реагентной флотации, озонирования, адсорбции) из сточных вод удаляются эмульгированные и суспензированные частицы (размером менее 100 мкм), а также растворенные примеси.

Совершенствование этих методов, в частности, основанных на использовании эффектов флотации, привело к созданию многокамерных флотационных установок. Нашли распространение системы флотации, в которых нефтесодержащие стоки с помощью гидроэлеватора, потребляющего до 50 % рециркуляционного расхода, поднимаются в камеру грубой очистки, в центре которой установлен гидроциклон, а затем проходят через три флотационных отделения и отстойную камеру. Флотационные отделения рассчитываются на 5 – 15 мин. пребывания стоков, в каждое отделение подается 15 – 20 % рециркуляционного расхода. Общая продолжительность обработки стоков – 25 – 60 мин. На подобных установках достаточно успешно очищаются сточные воды, содержащие не только малые концентрации нефтепродуктов, но и превосходящие 50 – 100 мг/л. Наилучшей конструкцией такого рода флотационной установки явилась камера с вращающимся водораспределителем, которая обеспечивает наиболее низкие остаточные содержания нефтепродуктов в воде – менее 10 – 20 мг/л.

Зарубежный опыт очистки сточных вод от нефтепродуктов напорной флотацией показывает, что в большинстве случаев остаточное содержание нефтепродуктов составляет 15 – 50 мг/л без применения реагентов и менее 5 – 15 мг/л с применением реагентов типа сернокислого алюминия. При невысоком начальном содержании нефтепродуктов в сточных водах (менее 50 мг/л) и более продолжительном времени флотации, повышенных расходах реагентов удается снижать остаточное содержание нефтепродуктов до уровня менее 3 мг/л.

В той или иной мере применимы на практике и методы электрофлотационной очистки сточных вод от нефтепродуктов. При наложении электрического поля частицы нефтепродуктов перемещаются к аноду. Выделяющиеся в процессе электролиза пузырьки газов флотируют эти частицы на поверхность жидкости. При использовании нескольких ступеней очистки электрофлотацией достижимо почти двадцатикратное снижение начального содержания нефтепродуктов в сточной воде. Однако такой эффект достигается при начально относительно высоком содержании нефтепродуктов – на уровне 200 мг/л. Расход электроэнергии при этом составляет порядка 0,28 – 0,55 кВт на 1 куб. м. очищенной воды.

Следует отметить, что одновременно протекающие процессы окисления органических примесей при электрофлотации сточных вод приводят к снижению величин таких показателей, как химическое потребление кислорода (ХПК) и биологическое потребление кислорода (БПК).

Одним из основных методов очистки сточных вод электростанций от эмульгированных и суспензированных частиц продолжает оставаться коагуляция. В качестве коагулянтов наиболее широкое применение имеют различные соли алюминия и железа. Для поддержания требуемого значения рН используется, как правило, известковое молоко. В процессе коагуляционной очистки происходит соосаждение части растворенных в воде примесей, по этому достигается эффективное снижение ХПК и БПК сточных вод.

С целью повышения эффективности очистки сточных вод совместно с коагулянтами используют различные высокомолекулярные анионные флокулянты: полиакриламид, Налко-7716, Кронфлок и другие.

Существует практика использования в качестве коагулянта и нетрадиционных реагентов, в том числе и отходов производства, например, диоксида титана, основным компонентом которых являются соли двух– и трехвалентного железа, а также соединения титана в виде титанилсульфата (1 – 1,5 %).

Широкое распространение за рубежом имеют также схемы очистки сточных вод электростанций от мазута и других нефтепродуктов с использованием процесса озонирования.

Поскольку эффективность озонирования стоков, загрязненных нефтепродуктами, в значительной степени определяется составом примесей, целесообразность использования озона должна устанавливаться на основании пробных определений с учетом специфики конкретных стоков. Например, в случае озонирования при рН сточных вод 5 – 8 времени их контакта с озоном около 10 мин. и исходном содержании нефтепродуктов 19 – 33 мг/л остаточное их количество не превышало 2 мг/л. Расход озона составлял 0,52 мг на 1 мг нефтепродуктов. Высокая эффективность очистки наблюдается для широкого интервала рН (5,4 – 8,7) и температуры (5 – 50 ° С).

Эффективность очистки на различных стадиях комбинированных процессов приведена в таблице 1.

Как следует из данных, приведенных в таблице, наилучшие относительные результаты достигаются применением схемы : отстой => фильтрация на антрацитовых фильтрах => двухступенчатая по следовательная фильтрация на фильтрах активированного угля.

Таблица 1 – Сравнительные показатели эффективности процессов очистки на различных ГРЭС

Существуют и другие подходы к схемам очистки сточных вод от нефтепродуктов. Так, во ВНИИ ВОДГЕО разработана и применяется схема очистки следующего содержания: отстаивание в объеме => отстаивание в тонком слое => реагентная коагуляция (или электрокоагуляция) => фильтрация через полимерную загрузку => озонирование => фильтрация через природные и искусственные угли.

Однако подобные схемы, в силу использования дорогостоящих устройств, к которым относятся аппараты для озонирования и фильтры с полимерными загрузками, нашли к настоящему времени ограниченное применение.

За рубежом имеется также тенденция к замене громоздких сооружений для биологической очистки адсорбционными установками для очистки сточных вод тепловых электростанций. Наиболее эффективная очистка сточных вод от нефтепродуктов осуществляется взвешенным слоем суспензионного сорбента в осветлителе. Взвешенный слой, образованный из минеральных солей в виде гидроксидных соединений, обладает большой сорбционной способностью.

Таким образом, совокупность рассмотренных способов обработки воды позволяет установить общие закономерности применяемых схем, характерных для очистки нефтесодержащих, замазученных стоков электростанций.

Первая стадия очистки – гравитационное отделение. Процесс осуществляется в нефтеловушках различных конструкций, не отличающихся по принципу действия.

Вторая стадия очистки – физико-химическая очистка сточных вод от сильно эмульгированных и коллоидных частиц посредством коагуляции, реагентной флотации и других.

Третья стадия ставит своей задачей очистку сточных вод от растворенных нефтепродуктов и прочих органических загрязнителей, оставшихся в воде после первых двух стадий очистки. Среди перспективных методов:

• жидкостное окисление нефтепродуктов и других органических примесей методами озонирования;
• интенсификация работы сооружений биологической очистки с использованием технического кислорода в окситенках, повышение дозы активного ила, применение комбинированных сооружений.

Следует отметить и то, что многочисленные данные по очистке нефтесодержащих сточных вод как в лабораторных условиях, так и на действующих конкретных предприятиях свидетельствуют о необходимости внедрения новых и совершенствовании существующих конструкций сооружений.

Об этом же свидетельствуют и результаты, полученные в Институте водных проблем (ИВП). Работами этого института была выявлена высокая степень токсичности брызгоуноса из градирен, подпитываемых водой, содержащей нефтепродукты. Связано это с тем, что нефтезагрязненные сточные воды могут содержать такие довольно сильно канцерогенные вещества, как бензопирен, бензопирилен, ПДК которых в атмосферном воздухе и хозяйственно-питьевой воде составляет 0,001 мкл/куб. м. (или 0,0004 мг/л). Согласно предварительным рекомендациям, ИВП в воде, используемой для пополнения оборотных систем водоснабжения с градирнями, должно содержаться не более 2 – 5 мг/л нефтепродуктов.

Кроме того, рекомендуются и используются в промышленных целях для очистки природной и доочистки сточных вод фильтры с плавающей полистирольной загрузкой из вспенивающегося полистирола марок ПСБ, ПСБ-С. В связи с высокой адгезионной способностью их применяют и для разделения водонефтяных эмульсий. Плавающая загрузка позволяет значительно увеличить скорость фильтрования, начальное содержание примесей и упростить регенерацию фильтра. Для фильтрования загрязненная вода подается снизу вверх. Нижний и верхний слои пенополистирола всплывают к удерживающим сеткам и уплотняются. Регенерация фильтра осуществляется обратным током воды с интенсивностью 18 – 22 л/м. При этом фильтрующий слой расширяется на 25 – 30 %, что способствует интенсивной промывке гранул.

Таким образом, наиболее эффективными и перспективными методами очистки сточных вод электростанций от нефтепродуктов являются: гравидинамический, физико-химические и, в частности, основанные на применении коагулянтов и флокулянтов, а также методы, использующие реакции окисления нефтепродуктов, в том числе озонирование.