Охрана поверхностных и подземных вод
м 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 ( 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, |Схема очистки сточных вод |
|страна | |
|НПЗ компании «Маратов Ойл |Нефтеловушки типа АНИ - реагентная |
|Ко», Техас-Сити, США |флотация |
|Пзфирмы «Атлантик Ричфилд», |Нефтеловушки типа АНИ - адсорбционная |
|Карлсон, США |установка |
|Завод фирмы «Хамбл Ойл», |Коагуляция-песчаные фильтры |
|Питсбург, США | |
|НПЗ компании «Америкэн Ойл |Нефтеловушки типа АНИ - аэрируемый пруд|
|Ко», Уаигинг, США |–реагентная флотация |
|НПЗ фирмы «Хамбл Ойл», |Нефтеловушки типа АНИ - пруд |
|Бейтаун, США |дополнительного отстоя – аэротенки |
| |–биологические пруды |
|НПЗ фирмы «Ситиз-Сервис», |Нефтеловушки типа АНИ - |
|Бронте, Канада |пруд-усреднитель-коагуляция-биофильтры |
| |- озонирование –аэротенки - песчаные |
| |фильтры
| |  скачать работу |
Охрана поверхностных и подземных вод |
