В последние годы в области очистки сточных вод произошли новые улучшения. Появились альтернативы классическим и традиционным системам очистки сточных вод. Передовые методы очистки сточных вод стали областью глобального внимания, поскольку отдельные отрасли промышленности и страны стремятся сохранить основные ресурсы доступными и пригодными для использования. Передовые технологии очистки сточных вод в сочетании с инициативами по сокращению сточных вод и рециркуляции воды дают надежду на замедление и возможно, прекращение неизбежной потери пригодной для использования воды. Процессы химического окисления для удаления цвета и потребности в кислороде из сточных вод текстильных фабрик, последовательная анаэробная биологическая очистка органических соединений в сточных водах заводов, разделение органических растворителей из смешанных потоков промышленных отходов, рекультивация загрязненных подземных вод, мембранная очистка сточных вод вторичных биологических очистных сооружений и комплексная биомембранная очистка промышленных сточных вод. Эта статья охватывает методы очистки и повторного использования сточных вод.
Ключевые слова : промышленные сточные воды, нефтепродукты, очистка сточных вод, нефтесодержащие производственные сточные воды.
Нефтяные загрязнители из-за своей токсичности, мутагенности и канцерогенности считаются серьезной угрозой здоровью человека и окружающей среде. Нефтяные углеводородные соединения, например бензол, толуол, этилбензол, ксилол, относятся к числу природных соединений сырой нефти и бензина и часто обнаруживаются в поверхностных и подземных водах в результате промышленной деятельности, особенно при обращении с нефтехимическими веществами, утечке из резервуаров или ненадлежащих процессах удаления отходов. Методы, основанные на традиционных процессах очистки сточных вод, не способны эффективно устранять нефтяные соединения, а высокие концентрации этих загрязняющих веществ, а также активного ила, могут повлиять на деятельность и нормальную эффективность предприятий. Методы удаления не должны предполагать производство вредных вторичных загрязняющих веществ в дополнение к сточным водам на уровне, допустимом для сброса в окружающую среду. Результат фильтрации сточных вод путем коагуляции и флокуляции растворенного воздуха может быть передан в биологический реактор для дальнейшей очистки. Усовершенствованные методы коагуляции, такие как электрокоагуляция и флокуляция, являются более совершенными, чем обычные физические и химические методы, но основными недостатками являются образование больших количеств опасного осадка, который невозможно удалить и который часто отбрасывается.
Методы физического разделения могут использоваться для выделения больших количеств нефтяных соединений, и в некоторых случаях, эти соединения могут быть переработаны с помощью ряда процессов. Большим недостатком этих методов является высокая потребность в энергии и большое количество засорений ряда инструментов и оборудования, используемых в этом процессе. Совершенствованная очистка может дополнительно решить задачу повторного использования воды с использованием таких методов, как нанофильтрация, обратный осмос и усовершенствованное окисление. Адсорбция —это чрезвычайная технология, которая может быть применена с использованием минералов, недорогих материалов и адсорбентов. Комбинируя процесс адсорбции с одним из передовых методов, в дополнение к снижению образования осадка, можно также снизить стоимость процесса. Таким образом, система физической очистки является первичной стадией очистки, которая необходима для удаления или отделения взвешенных твердых веществ, несмешивающихся жидкостей, твердых частиц, взвешенных веществ из нефтяных сточных вод с помощью отстаивания, коагуляции и флокуляции и длительного использования установки вторичной очистки. В настоящее время физические технологии, такие как отстаивание, используются перед биологической очисткой для удаления взвешенных твердых частиц. Метод осаждения, которая используется для отделения нефти от воды, механически достигается под действием силы тяжести в сепараторах или разделительных резервуарах. Процесс коагуляции использовался для удаления мутности и снижения органической нагрузки. Однако физические процессы были относительно неэффективными для очистки нефтесодержащих сточных вод из-за их сложности, и поэтому для предварительной очистки могли использоваться другие процессы.
Мембранные технологии, такие как электродиализ и ультрафильтрация, применяются все чаще. Мембранное разделение оказалось полезным при обработке органических веществ и более приемлемым, и экономичным, чем другие методы физической обработки. Ультрафильтрация (УФ) очень перспективна для обработки с целью удаления нефти, но она ограничена экономическими препятствиями из-за сильного загрязнения мембран. Мембранные технологии, в частности обратный осмос, являются относительно новыми процессами, которые кажутся более эффективной альтернативой традиционным методам очистки нефтяных сточных вод. Процесс включает в себя разделение двух растворов при различных концентрациях полупроницаемой мембраной. Однако мембранные процессы имеют некоторые серьезные недостатки, такие как образование большого количества остаточного концентрата и загрязнение мембраны. Обрастание мембран требует химической очистки мембран или широкой предварительной обработки и приводит к небольшому сроку службы мембран и снижению эффективности процесса.
Процесс химической коагуляции — важный и традиционный метод очистки сточных вод для уменьшения или удаления мутности, цвета, ХПК. Это эффективный процесс предварительной обработки, если он используется перед процессом биологической или мембранной очистки или используется в качестве окончательной обработки для уменьшения или устранения не поддающихся биологическому разложению органических веществ в нефтесодержащих сточных водах. Процесс коагуляции или флокуляции проводится для очистки нефтесодержащих сточных вод для достижения максимального удаления ХПК. Однако коагуляция считается неприемлемой для полной очистки сточных вод из-за ее ограниченной эффективности по удалению органических веществ. Применяются полиалюминий хлорид и хлорид железа для коагуляционной очистки сточных вод в нефтяной промышленности. Полиалюминий хлорид был более эффективным. Изменение pH оказывает незначительное влияние на изменение цвета нефтесодержащих сточных вод. Эффективность удаления ХПК из нефтесодержащих сточных вод зависит от характеристик сточных вод и видов коагулянта, которые обычно могут быть неорганическими солями металлов, такими как сульфат алюминия (квасцы), сульфат железа, хлорид железа и хлорсульфат железа, а также дозировка коагулянта. Эффективность удаления ХПК из сточных вод нефтеперерабатывающих заводов варьировалась от 45 до 75 % за счет использования частичного осадителя и вспомогательных коагулянтов. Несколько исследований показали, что коагуляция способствует удалению органических соединений из нефтесодержащих сточных вод, что более 99 % нефти было удалено из сточных вод тяжелой нефти за 40 минут и pH 6,5–9,5 с использованием силиката цинка и анионного полиакриламида для коагуляции и флокуляции нефти и взвешенных веществ. Силикат полицинка был более эффективен, чем сульфат поли-железа и хлорид полиалюминия.
Электрокоагуляция — это электрохимический процесс, который доказал свою эффективность для очистки сточных вод. Несмотря на высокую эффективность и экологичность процесса, высокие капитальные и эксплуатационные затраты сделали его применение в промышленных масштабах не столь перспективным. Кроме того, основными недостатками электрической и химической коагуляции являются образование большого количества опасных осадков, которые не поддаются восстановлению и часто отталкиваются. Эффективность процесса электрокоагуляции обычно оценивается для очистки загрязненных нефтью подземных вод и количественно определяется как общее количество нефтяных углеводородов, удаляемых электродными материалами (в основном алюминием, железом и сталью). Максимальное удаление нефтяных углеводородов было достигнуто при использовании стали-железа в качестве анодно-катодного электрода. В большинстве случаев серийные и непрерывные эксперименты показали, что электрокоагуляция может быть эффективен в устранении нефтепродуктов из воды и таким образом, может быть перспективным методом очистки загрязненных нефтью подземных вод. Показательным примером вышеизложенного является опубликованное исследование, на основе которого был использован процесс электрокоагуляции для удаления мутности из нефтесодержащих сточных вод. Серийные эксперименты проводились путем варьирования значений плотности тока, концентрации NaCl и времени электролиза, а максимальная эффективность удаления мутности составляла 97,43 %. Кроме того, в другом исследовании была исследована очистка нефтесодержащих сточных вод газоперерабатывающих заводов электрокоагуляцией с использованием алюминиевых электродов, и газохроматографический анализ сырых и очищенных сточных вод показал, что большинство нормальных углеводородов (почти 99 %) удаляются в процессе электрокоагуляции.
Сорбенты, материалы или смеси нерастворимых материалов используются для извлечения жидкостей во время адсорбции, физического прикрепления или и того, и другого. Адсорбенты должны быть абсорбирующими масляными соединениями, а также водонепроницаемыми. Хотя они могут быть использованы в качестве единственного метода очистки при небольших утечках, адсорбенты часто используются для удаления конечной нефтеловушки. Кроме того, преимущества использования адсорбентов заключаются в ограничении скорости воспроизведения слоя и помощи в его очистке. Природные минеральные адсорбенты способны поглощать нефть в 4–20 раз больше своего веса. Минеральные поглотители, как и органические адсорбенты, стоят недорого и легко доступны в больших количествах. Эти типы адсорбентов не используются на поверхности воды. Комбинированные абсорбенты включают в себя антропогенные материалы, напоминающие пластмассы, такие как полиуретан, полиэтилен и полипропилен, которые предназначены для поглощения жидкостей на их поверхности (например, губки). Другие составные абсорбенты включают термоусадочные полимеры и резиновые материалы, которые поглощают жидкости на своей твердой структуре, вызывая набухание абсорбирующих материалов. Большинство композитных адсорбентов способны поглощать нефть в 70 раз больше своего веса. При выборе адсорбентов для устранения утечек следует учитывать свойства как абсорбентов, так и масел. Адсорбция нефти легкими нефтепродуктами происходит быстрее. Кроме того, масла с более толстыми слоями более эффективны при прикреплении поверхностей.
Исследователи из Университета Райса в Техасе обнаружили, что нанотехнологии могут быть использованы для очистки окружающей среды от загрязняющих веществ, в частности утечки нефти в грунтовые воды. Исследователи показали, что наночастицы тонкого металла и углерода могут захватывать капли воды, заставляя эти капли (более 10 миллионов капель) складываться вместе и образовывать небольшие сферические пакеты. Исследователи также обнаружили, что ультрафиолетовый свет и магнитные поля могут быть использованы для ориентации наночастиц, чтобы сформировать пакеты и освободить их груз. Исследователи в ходе исследования обнаружили многогранные нанопроволоки, которые похожи на наноразмерные структуры. Эти нанопроволоки, будучи включены в смесь воды и нефти, могут отделять нефть от воды. Для этой цели исследователи исследуют наноразмерные покрытия, покрытые частицами циркония. Группа исследователей создала наноматериал, который можно использовать в качестве инструмента для очистки нефтяных разливов и других органических материалов. Наноматериал имеет структуру, подобную бумаге, и может быть использован в ближайшем будущем в качестве важного инструмента в нефтяной промышленности и смежных с ней отраслях. Новая технология включает в себя новую мембрану, которая может поглощать частицы и пятна до 20 раз его веса. Кроме того, повторное использование его без повреждения его структуры является еще одной примечательной особенностью этого наноматериала.
Передовые окислительные процессы (озон/ультрафиолет, перекись водорода/ультрафиолет) являются подходящими альтернативами для разложения органических биоразлагаемых органических отходов, образующихся при обычной очистке сточных вод. Усовершенствованный процесс окисления имеет значительные преимущества (например, отсутствие высоких уровней образования осадка) по сравнению с обычными методами фильтрации. Этот метод обычно производит гидроксильные радикалы при температуре окружающей среды, которые непреднамеренно атакуют все органические и неорганические загрязнители в канализационной системе. Поскольку современные процессы окисления являются дорогостоящими и имеют высокие эксплуатационные расходы, в последние годы был рассмотрен новый подход к этим процессам, получивший название каталитических процессов озонирования. В последнее время различные металлы, такие как железо, алюминий, цинк, хром и медь, стали использоваться в качестве катализаторов для повышения эффективности передовых окислительных процессов.
Одним из преимуществ продвинутого окисления является то, что эти процессы, как правило, способны полностью разрушать определенные вещества. Поэтому использование биологического метода в качестве окончательной обработки завершит этот процесс. Гетерогенные фотокатализаторы, наряду с полупроводниковыми процессами, более эффективны, чем другие процессы, такие как мокрое окисление и электродиализ. Однако большинство исследований проводилось с использованием модели водных растворов и поверхностных вод (включая реки и озера), в то время как фактическим сточным водам с очистных сооружений или стокам промышленных предприятий уделялось меньше внимания.
Выводы: Нефтяные соединения являются одним из наиболее опасных загрязняющих веществ при очистке сточных вод, которые в последнее время могут увеличиваться и становиться все более токсичными. Наблюдалось, что концентрация масла и жира в потоках сточных вод усиливает неблагоприятное воздействие на экологию. Это связано с увеличением использования нефти, высоким спросом на продукты переработки нефти, созданием, расширением маслобойных заводов и нефтеперерабатывающих заводов по всему миру, а также беспорядочным сбросом нефти и жира в канализацию, как внутри страны, так и в промышленности. Таким образом, нефтепродукты, нефтехимические углеводороды должны быть обработаны. Этот обзор был посвящен основным методам, применяемым для очистки нефтесодержащих сточных вод.
Литература:
- А. С. Мюллер, Р. Б. Ким, Э. Дж. Андерсон, В. А. Гейнс. Удаление масла и жира и химическая потребность в кислороде из маслянистых автомобильных сточных вод путем адсорбции после химической деэмульгации. Практика периодической опасных, токсичных и радиоактивных отходов. 2003. — С. 156–162.
- О. А. Джонсон, А. С. Аффам. Обработка и утилизация нефтяных шламов. Обзор. 2019. — С. 191–201.
- Б. Ислам. Нефтяной шлам, его очистка и утилизация. Обзор. 2015. — С. 1584–1602.
- С. Верма, Б. Прасад, И. М. Мишра. Предварительная обработка нефтехимических сточных вод методом коагуляции и флокуляции и характеристики осадка. 2010. — С. 1055–1064.
- Е. Г. Филатова, В. Г. Соболева. Извлечение нефти и нефтепродуктов из водных растворов природными адсорбентами. 2019. — С. 131–137.
