Статья УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ АДСОРБЦИОННЫХ ФИЛЬТРОВ В СИСТЕМАХ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ

УДК 628.3

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ АДСОРБЦИОННЫХ ФИЛЬТРОВ В СИСТЕМАХ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Федоров Г. Ю.  доцент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», КГЭУ г. Казань

Ситдикова Р. Р.  ассистент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование», КГЭУ г. Казань

В статье рассмотрен процесс функционирования механических адсорбционных фильтров очистных сооружений, а так же применяемые фильтрующие материалы для очистки сточных вод от нефтепродуктов с целью снижения трудоемкости и уменьшения затрат на эксплуатацию очистных сооружений и утилизацию фильтрующей загрузки.

Ключевые слова: сточные воды, очистка, нефтепродукты, адсорбционный фильтр, механический способ.

В настоящее время защита окружающей природной среды от нефтесодержащих сточных вод – одна из главных задач. Мероприятия, направленные на очистку воды от нефтепродуктов, помогут сберечь определенные количества нефти и сохранить чистыми почву, воздушный и водный бассейны.

Нефтепродукты – не идентифицированная группа углеводородов нефти, мазута, керосина, масел и их примесей, которые вследствие их высокой токсичности, принадлежат, по данным ЮНЕСКО, к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Нефтепродукты могут находиться в эмульгированном, растворенном виде и образовывать на поверхности плавающий слой. Источниками их появления в сточных водах промышленных предприятий являются топливные хозяйства, тепловое и электротехническое оборудование, вспомогательные службы. Сточные воды промышленных предприятий представляют собой опасность в силу малой установленной предельно допустимой концентрации (ПДК) нефтепродуктов в воде природных водоемов. [1]

Практически в любом промышленном производстве используется техническая вода, приготовляются технологические среды и образуются промышленные стоки, которые можно очищать и использовать повторно, а не сбрасывать на рельеф местности или в водные объекты. Механические адсорбционные фильтры выполняют «разгрузочную» функцию. Они снижают содержание нерастворенных, эмульгированных примесей и тем самым сокращают ряд проблем, связанных с очисткой и возвратом воды в технологический цикл.

В системе очистных сооружений используются различные методы очистки, разделенные на ступени. Например, механическое отстаивание и флотация, метод электронейтрализации и адсорбционный метод очистки.

Механический метод обеспечивает выделение не эмульгированных нефтепродуктов в буферных емкостях и частичное улавливание нефтепродуктов во флотаторе.

Метод электронейтрализации – очистка эмульгированных загрязнений путем разрушения поверхностного заряда частиц в переменном электрическом поле с последующей флокуляцией и флотацией частиц.

Адсорбционный метод обеспечивает глубокую очистку путем фильтрации через сорбент.

В механических адсорбционных фильтрах происходит процесс окончательного фильтрования сточных вод, загрязненных нефтепродуктами. Этот процесс основан на «прилипании» эмульгированных капель нефтепродуктов к поверхности зерен фильтрующего материала. Эффективность очистки сточных вод в таких фильтрах составляет не менее 50%. Содержание нефтепродуктов на выходе из очистных сооружений не должно превышать 0,5 мг/л, для технической воды повторно-оборотного водоснабжения, не предназначенной для сброса в окружающую среду.

Механический адсорбционный фильтр (рис.1) – это вертикальный цилиндрический аппарат, который состоит из корпуса, нижнего и верхнего распределительных устройств, трубопроводов, запорной арматуры, пробоотборного устройства и фильтрующей загрузки.

Рис. 1 Схема механического фильтра

Фильтр снабжен:

1, 3 – трубопроводами и арматурой для всех операций;

2 – отводом воды из-под фильтрующего слоя и предотвращения выноса зерен фильтрующего материала вместе с очищенной водой;

4 – нижним днищем, заполненным бетоном для создания горизонтальной плоскости;

5 – дренажными устройствами с системой дренажных труб. Дренажное устройство предназначено для сбора осветленной воды, прошедшей через фильтрующую загрузку, а так же для подвода воды снизу под слой фильтрующей загрузки при ее взрыхлении.

6 – «воздушником» – распределительным устройством для сжатого воздуха;

7 – фильтрующим материалом;

8 – воронкой для подвода и распределения по площади фильтра очищаемой воды;

9 – трубкой для отвода воздуха;

10, 11 – люками для осмотра и ремонта фильтра и для загрузки и выгрузки фильтрующего материала.

Очищаемая вода, через входной трубопровод подается в нижнюю зону фильтра. Откуда, по мере накопления, восходящим потоком проходит очистку в фильтрующей загрузке и собирается в периферийном лотке. После чего, очищенная вода через выходной трубопровод направляется в накопительные ёмкости, либо сбрасывается на рельеф местности или в водоем. В процессе нормальной работы механического адсорбционного фильтра необходимо производить взрыхление и промывку фильтрующего материала, в соответствии с режимной картой, как правило, один раз в неделю. Промывка и взрыхление фильтрующего материала производится осветленной водой с применением сжатого воздуха.

Фильтрующая загрузка является основным рабочим элементом фильтровального оборудования, поэтому правильный выбор ее параметров имеет первостепенное значение для их нормальной работы. При выборе фильтрующего материала руководствуются определенными техническими требованиями. К их числу относятся: вещества подлежащие удалению, надлежащий гранулометрический фракционный состав фильтрующего материала, степень однородности размеров зерен, механическая прочность (истираемость и измельчаемость), химическая стойкость материалов по отношению к фильтруемой воде. При выборе фильтрующей загрузки предпочтение отдается материалам, имеющим развитую удельную поверхность и большую межзерновую пористость.

В качестве основного фильтрующего материала для механических адсорбционных фильтров до настоящего времени использовался активированный уголь марки ДАК (БАУ). Использование активированного угля для систем очистки сточных вод, безусловно, эффективный метод удаления различных органических соединений и улучшения органолептических показателей воды.

Фракция зерен активированного угля составляет 0,6 – 1,4 мм для однослойного фильтрования. По требованию механической прочности (истирание материала в период взрыхления) годовой износ фильтрующего материала не превышает 2,5%. Высота фильтрующего материала в адсорбционных фильтрах составляет около 1 метра.

Для заполнения одного фильтра требуется 1 тонна чистого фильтрующего материала, стоимость которого (в ценах по состоянию 2014 года) составляет 5500 рублей. Активированный уголь необходимо заменять в механических фильтрах с периодичностью один раз в 12 месяцев. Трудозатраты на загрузку нового фильтрующего материала составляют 5000 рублей в год, на выгрузку 1 тонны угля – 15000 рублей в год. Захоронение 1 тонны отработанного фильтрующего материала обойдется в 1973,03 рубля платы полигону ТБО за прием отходов, транспортные расходы составят 2650 рублей, плюс к тому платежи в Росприроднадзор за размещение отходов 4 класса опасности в пределах установленных природопользователю лимитов – 1099,7 рублей.

Таким образом, обеспечение работоспособности одного механического адсорбционного фильтра обходится в 31223 рубля в год.

После проведенного обзора научной литературы и отзывов различных предприятий России, имеющих станции водоочистки (ЗАО «Проектно-конструкторское предприятие Адсорбер» г.Пермь; Муниципальное унитарное предприятие «Водоканал» г.Нижний Тагил, Муниципальное унитарное предприятие ЖКХ «Восточное» г.Ирбит; Локомотивное депо станции «Свердловск – пассажирский» г.Екатеринбург), а также изучив процесс очистки сточных вод и опыт практического применения различных фильтрующих материалов и методов механической очистки сточных вод, на примере одной из ТЭЦ г.Казани, предлагается замена используемого в настоящее время в механических адсорбционных фильтрах очистных сооружений, активированного угля ДАК(БАУ) на ОДМ-2Ф (диатомит) в качестве фильтрующего материала.

Фильтровально – сорбционный материал ОДМ-2Ф был разработан в г.Екатеринбурге для Локомотивного депо станции «Свердловск - пассажирский» на основе экологически безопасного природного сырья Свердловской области, предназначенный для применения в системах водоподготовки и очистки сточных вод промышленных предприятий, в том числе для подразделений железной дороги. На основании результатов лабораторных испытаний по очистке замазученных сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ (акт испытания от 25.12.1998г.) было принято решение о приобретении материала ОДМ-2Ф и замене применяемой ранее двухслойной загрузки из керамзита и сульфоугля. При этом с улучшением качества очистки сточной воды, годовая экономия по загрузке на пяти фильтрах объемом 1,2 м³ составила 50000 рублей. Полученные показатели очистки сточных вод при использовании материала ОДМ-2Ф удовлетворяют требованиям, предъявляемым к качеству сточных вод по содержанию нефтепродуктов и взвешенных веществ. Данное исследование показало, что частичное омоложение загрузки потребовалось только на седьмой год «работы» материала.[3]

Диатомит ОДМ-2Ф является фильтровальным материалом нового поколения, выполняет функцию сорбента, более эффективно удаляет примеси, чем фильтрующие материалы предыдущего поколения, обладает повышенной длительностью использования ввиду своей высокой химической и механической стойкости, поэтому служит годами.

Диатомит (кизельгур, трепел) — осадочная горная порода, состоящая из останков диатомовых водорослей и простейших организмов. Обычно рыхлая или слабо сцементированная масса, светло-серого или желтоватого цвета. Химически диатомит на 84 % состоит из оксида кремния SiO₂ (кремнезема), на 3,2% — из оксида железа и на 12,8 % (суммарно) из оксида алюминия, оксида магния и оксида кальция.[2]

Диатомит используется как адсорбент и фильтр в нефтехимической, пищевой, текстильной промышленности, в производстве антибиотиков, бумаги, различных пластических материалов, красок; как сырье для жидкого стекла и глазури; в качестве строительного тепло- и звукоизоляционного материалов, добавок к некоторым типам цемента; полировального материала (в составе паст) для металлов и мраморов.

Месторождения диатомита различной мощности и глубины залегания есть в Пензенской, Ростовской, Свердловской, Костромской, Калужской и многих других областях России.

Основным элементом очистных установок является слой фильтрующей загрузки и для того, чтобы перейти на использование диатомитового сорбента вместо ныне используемых песка, керамзита или активированного угля, не требуется реконструкции очистных сооружений - достаточно при смене загрузки использовать новый материал вместо старого. Регенерация материала осуществляется обратной промывкой (так же как и для ныне используемых фильтровальных материалов). Плотность, пористость и насыпная масса ОДМ-2Ф позволили рекомендовать его для применения в процессах водоподготовки, в том числе на станциях централизованной подготовки воды в качестве загрузки механических фильтров. При этом достигается экономия промывной воды до 80% по отношению к активированному углю, что ведет к увеличению на 2-4% производительности фильтров при одинаковых режимах скорости подачи воды.[4]

Для заполнения одного адсорбционного фильтра требуется 1 тонна чистого фильтрующего материала ОДМ-2Ф, стоимость которого составляет 1700 рублей за мешок (мешок 40л = 28 кг), таким образом, закупка 1 тонны обойдется в 60714 рублей, но при этом диатомит в механических фильтрах необходимо заменять с периодичностью один раз в 5 – 7 лет.

Трудозатраты на загрузку нового фильтрующего материала составляют 5000 рублей, на выгрузку 1 тонны – 15000 рублей. Захоронение 1 тонны отработанного фильтрующего материала обойдется в 1973 рубля платы полигону ТБО за прием отходов, транспортные расходы составят 2650 рублей, плюс к тому платежи в Росприроднадзор за размещение отходов 4 класса опасности в пределах установленных природопользователю лимитов – 1099,7 рублей.

Таким образом, обеспечение работоспособности одного механического адсорбционного фильтра с загрузкой ОДМ-2Ф (диатомит) обойдется в 86436 рублей за 7 лет.

Для сравнения: обеспечение работоспособности одного механического адсорбционного фильтра с загрузкой активированным углем марки ДАК (БАУ) обходится в 31223 рубля в год, а замена фильтрующего материала будет происходить ежегодно семь лет подряд, следовательно, затраты составят 218561 рубль за 7 лет.

Вместе с тем, предотвращенный экологический ущерб за 7 лет составит 6 тонн отработанного фильтрующего материала, не размещенных в окружающей среде (не захороненных на полигоне ТБО) от одного механического адсорбционного фильтра.[5]

Экономический эффект определяют согласно формуле 1 путем сравнения единовременных затрат, к которым относятся эксплуатационные затраты (текущие затраты).

При этом чистый экономический эффект составит:

                                                       руб.                                                    (1)

где  – чистый экономический эффект, руб.;

– затраты на работу фильтра при загрузке активированным углем марки ДАК (БАУ), руб.;

– затраты на работу фильтра при загрузке ОДМ-2Ф (диатомит), руб.

руб.

Срок окупаемости предлагаемого мероприятия рассчитывается согласно формуле 2 исходя из отношения годовых затрат, расходуемых на работу фильтра до усовершенствования (загрузка активированным углем), к затратам, расходуемым на работу фильтра после проведения предлагаемого мероприятия (замена загрузки на материал нового поколения ОДМ-2Ф).

                                        лет                                                               (2)

где  - срок окупаемости эксплуатационных затрат, лет;

 - единовременные годовые затраты на работу фильтра при загрузке активированным углем марки ДАК (БАУ), руб.,

 - единовременные годовые затраты на работу фильтра при загрузке ОДМ – 2Ф (диатомит),  руб.,

года (2 года 6 месяцев)

Целью предложенного технологического решения является снижение трудоемкости и уменьшение затрат на эксплуатацию очистных сооружений и утилизацию фильтрующей загрузки без проведения реконструкции очистных сооружений, а так же снижение негативного воздействия на окружающую среду в связи с уменьшением фактического количества отработанного фильтрующего материала, размещаемого на полигоне ТБО.

The process of functioning of mechanical adsorption filters of sewage treatment plants is considered in the article, and the similarly applied filter materials for cleaning of effluents from oil products with an aim decline of labour intensiveness and reduction of expenses on exploitation of sewage treatment plants and utilization of the filter loading.

Keywords: effluents, cleaning, oil products, adsorption filter, mechanical method.

Библиографический список

1.Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. Л.: Недра, 1983. С. 5.

2. Best water technology http://www.bwt.ru/useful-info/?ELEMENT_ID=1095.

3. Заключение о работе фильтрующего материала ОДМ – 2Ф Локомотивного депо станции «Свердловск - пассажирский» г. Екатеринбурга, 2000 год.

4. http://galkinskoe.ru/projects/filter.php

5. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба. – Москва, 1999 г.