CC BY
39
УДК 630.456 Проф. Л.1. Челядин, д-р техн. наук; доц. В.Р. Хомин,
канд. геол.-мт. наук; астр. М.Р. Скробач; астр. М.М. Богуславець; студ. П.П. Немш - 1вано-Франмвський НТУ нафти i газу
Ф1ЗИКО-Х1М1ЧНЕ ОЧИЩЕННЯ СТ1ЧНИХ ВОД, ЗАБРУДНЕНИХ НАФТОПРОДУКТАМИ, З ВМ1СТОМ ВУГЛЕЦЕВОМ1НЕРАЛЬНИХ
МАТЕР1АЛ1В
Наведено кшьгасну характеристику водних ресурав та утворення спчних вод, а також основш методи 1х очищення. Основними забрудненнями стсчних вод Прикар-паття е нафтопродукти. Наведено результати очищення забруднювачами стоив методом вщстоювання, фшьтраци з вмютом вуглецевомiнеральних матерiалiв (ВММ). Показано, що ВММ проявляють фшьтрацшш та сорбцiйнi властивостi у процесах водо-очищення стiчних вод вщ нафтопродуктiв, якi спричиняють зменшення скиду забруд-нень у довкiлля i пiдвищення рiвня еколопчно! безпеки об'ек^в регiону.
Ключовг слова: воднi ресурси, с^чш води, методи очищення, вуглецевомше-ральнi матерiали, технологи, вiдстiйник, новi сорбенти, фiльтр, екологiчна безпека.
Вступ. Охорона природних ресуршв передбачае передушм рацюналь-не 1х використання 1 особливо водних ресуршв - пдросфери, а також зменшення забруднення довкшля, е одшею з найбшьших проблем сучасносп. Довкшля найчастше забруднюеться спчними водами, що утворюються внас-лщок добування та перероблення природних ресуршв.
В Украш скидання зворотних забруднених вод у водш ресурси тривае [1] 1 за 2011 р. у поверхнев1 водш об'екти скинуто 8697 млн. м3 спчних вод. За категор1ями було скинуто 3326 млн м3 забруднених стоюв, що на 378 млн м3 бшьше шж у 2010 р., а нормативно-очищених та нормативно-чис-тих - на 454 та 325 млн м3, бшьше. Частка забруднених спчних вод у загаль-ному водовщведенш за 2011 р. становить 36,7 %, пор1вняно з 2010 р. зросла майже на 6 %. У нафтогазодобувнш та переробнш галуз1 спчш води забруд-нюються нафтою та нафтопродуктами (н/п), яю потрапляють у природне вод-не середовище р1зними шляхами, наприклад внаслщок фонтанування свер-дловини тсля процесу буршня, аварш на водному транспорт тд час переве-зення танкерами чи теч1 з нафтопроводу.
Значний вплив на довкшля 1вано-Франювсько! обл. [2] мають спчш води ВАТ "Нафтох1мж Прикарпаття", яю утворюються у процеш перероблення нафти та забруднюються нафтопродуктами, завислими та сульфщами, а також спричиняють утворення нафтових емульсш, тн та шших мжрогете-рогенних систем.
Постановка проблеми. Для зменшення шюдливих компонента (бензин, дизпаливо, ПАВ тощо) у спчних водах об'екпв використовують р1зш методи очищення, в основ1 яких е процеси вщстоювання важких 1 фшьтращя легких н/п. Окр1м цього, значне забруднення пдросфери краю спричиняють також пластов! води ВАТ " Прикарпатське управлшня бурових робгг (УБР)", яю е складними гетерогенними системами, оскшьки мютять декшька забруд-нень, що вщносять до р1зних клашв небезпеки завдяки сво!м властивостям (пдрофшьнють, розчинення, тощо). У практищ буршня та 11 експлуатацп нафтових 1 газових свердловин широко використовують р1зш промивш та це-ментш розчини, нафтов1 емульси, шни, шш1 мжрогетерогенш системи.
2. Екологiя довкiлля
91
Для очищення таких складних водних систем (спчних вод) вiд шюд-ливих компонента вiдомо багато технологiй [3], яю вiдрiзняються залежно вiд необхiдностi вщдшення певних забруднень, наприклад завислих викорис-товують вщстоювання, а пiдвищення ефективносп цього процесу спричиняе коагуляцiя завислих електролггом-коагулянтом.
Удосконалення вiдомих технологш, устаткування чи нових матерiалiв для тдвищення ефективностi очищення стiчних вод е актуальною проблемою сьогодення, оскшьки стутнь очищення стiчних вод зазначених вище вказаних пiдприемств е недостатньо високою i становить 55-65 %. Тому провели дослiдження з очищення спчних вод, якi забруднюють природнi воднi ресурси, чим тдвищено екологiчну небезпеку краю.
Теоретичн1 1 експериментальш досл1дження. Очищення стiчних вод базуеться на процесах седиментацш та коагуляцп, якi опираються на закони фiзики, хiмil та гiдродинамiки. Седиментащя завислих частинок дисперсно1 фази тд дiею гравиацшно! сили (/), визначаеться за законом Архiмеда, а ось данню протидiе сила тертя Л, сферично! частинки у рiдинному середовищ^ яка розраховуеться за законом Стокса. [4]. Процес осщання дисперсних частинок можна прискорити у тонкошаровому вщстшнику внаслщок !х контакту з похилою площиною такого вщстшника, що теоретично показано у [5]. Для шдвищення швидкостi седиментацп використовують також процес коагуля-ци завислих частинок завдяки додаванню у спчну воду електролтв-коагу-лянтiв. Коагуляцiя гiдрофобних золiв спричиняеться рiзними факторами [6, 7], яю здатнi порушити агрегатну стшюсть систем, а саме: деякi реагенти, рiзка змiна температури, iнтенсивна мехашчна дiя, рiзного роду випромшю-вання, наприклад свила та дiя електричних розрядiв. Електролiти-коагулянти використовують найчастiше, оскшьки таю реагенти дуже швидко i рiзко впливають на товщину подвшного електричного шару i на величину ^-потен-цiалу, який е одним з головних факторiв стiйкостi пдрофобних коло!дних систем. Однак введення нових речовин-коагулянпв спричиняе утворення до-датково! юлькосп завислих, що призводить до збшьшення шламу водоочи-щення, який необхщно переробляти.
Для пiдвищення ефективносп очищення стiчних вод НПЗ та ВАТ "Прикарпатського УБР" вiд н/п провели дослщження з очищення спчних вод цих об'ектiв методом фшьтрацп i адсорбцп через вуглецевомiнеральнi матерь али (ВММ), якi отримали з техногенно! сировини, що описано в [8]. Досль дження з вивчення сорбцшних властивостей ВММ проводили з використан-ням зразюв (табл. 1).
Табл. 1. Показники ВММ для очищення сничних вод вид нафтопродукпйв
№ парти ВММ Насипна густина, кг/м Фракцшний склад, мм Питома поверхня, м2/г Загальний об'ем пор, %
6 620 3-5 12,4 73
14 656 5-10 12,0 78
35 635 10-15 12,1 82
Склад спчних вод УБР приведено нижче у табл. 2.
92
Збiрник науково-техшчних праць
Табл. 2. Середнш eMicm uoMnoHeHmie у забруднених cmi4Hux водах, (мг / дм3)
Назва Ca2+ Mg2+ - K++Na+ Cl- SO42-- зависл1 Н/п |
Пластова вода УБР 112548,3 4245,6 38560,2 81320,4 80,5 40,5 5,4
Важливою характеристикою MaTepianiB для очищення вщ шюдливих компонент е !х соpбцiйнa мктюсть [9], яка залежить вiд поpистостi матерь алу та po3Mipy пор, а також пдрофшьшсть поверхш мaтepiaлу до емульсш типу "нафтопродукт/вода", яка впливае на фшьтрацшно-емшсний цикл про-цесу водоочищення.
Адсоpбцiйнi влaстивостi ВММ вивчали методом експериментальних дослiджeнь з сорбци н/п у статичних умовах. Методика проведення досль джень з очищення слчних вод така: в 5 - 250 мл колб заливали 150 мл заб-руднено! н/п с^чно! води з вмютом ТС - 1 (0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 мг/дм3). У колби додавали ВММ фракци 3мм масою 50 грам i протягом 0,5 год перь одично пepeмiшувaли, а по^м вiдфiльтpувaли та визначали в фшьтрат н/п за методикою [10]. Результати дослщжень та pозpaхункiв представлено на рис.
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 мг/дм3
Рис. 1зотерми адсорбцП н/п на рЬних ВММ за величиною питомоИ поверхш:
1 - ВММ-3 (17,8 м2/г); 2 - ВММ-8 (14,8); 3 - ВММ-12 (12,6); 4 - ВММ-10 (9,5);
5 - ВММ-19 (8,3 м2/г)
На основi результат наведених вище дослщжень сорбцшна мютюсть дослщжуваного ВММ становить вщ 12,5 до 17,8 мг нафтопродукпв на 1 г ма-терiалу, а це означае, що ВММ ефективно сорбують нафтопродукти,
Дослiдження адсорбцiйних властивостей ВММ у динамiчних умовах здiйснювали зпдно з [11]. ВММ вагою 200 г помщали в сорбцiйнi колонки кшьюстю 3 шт., через як пропускали стiчну воду знизу угору iз вмiстом вуг-леводнiв 1,0-7,0 мг/дм3. Зпдно з методикою ОСТ 38.01378-85, визначали вмют нафтопродук^в на виходi з колонки через певний час (0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 год.). Дослщження проведено на лабораторнш установщ з викорис-танням реальних i модельних вод типу 1-3, 4-6, 7-9 (табл. 3) та ВММ, що ут-вореш при 700 °С, 900 °С, 1100 °С.
Для очищення с^чних вод розроблено фiльтр-адсорбер [12], який конструктивно вiдрiзняеться вiд вщомих тим, що в центрi емност фiльтра вертикально розмiщено шламову трубу з конусним розширенням внизу труби, яка закршлена на верхнш перегородцi i мае Г-подiбну форму з опущеною донизу частиною, на якш встановлено ежектори; у верхнш перегородщ вста-новлено мiнiмум три зворотш клапани. Шламова труба працюе за принципом "сифона", що автоматизуе роботу фшьтра методом автоматичного вщмиван-ня фшьтрувально! наважки вiд мехашчних та iнших забруднень. Цей фшьтр впроваджено i випробувано на НПЗ для очищення оборотних вод установки риформшг. Фшьтрувальне завантаження складаеться з двох шарiв рiзних ма-
2. Еколопя довкiлля
93
терiалiв, а саме: ВММ фракцieю 3-5 мм i цеолiт - клиноптiолiт - 1-3мм. Ре-зультати впровадження розробленого нами фшьтра наведено у табл. 4
Табл. 3. Характеристика спйчпих вод до та тсля очищення
№ проби стч-но1 води Показники
Характеристика ВММ Забруднення у вод1 до очищення, мг/дм3 Забруднення у вод1 тсля очищення, мг/дм3 Ступшь очищення
фр-ц1я, мм термооб-робки, °С мех. домшки н/п мех. домшки н/п н/п, %
1 3-5 700 50,2 2,2 12,3 0,20 90,9
2 6-10 700 50,2 2,2 14,1 0,15 93,2
3 11-15 700 50,2 2,2 18,3 0,25 89,0
4 3-5 900 93,6 3,6 24,5 0,15 95,8
5 6-10 900 98,6 3,6 21,8 0,10 94,4
6 11-15 900 98,6 3,6 28,2 0,25 93,0
7 3-5 1100 132,5 6,4 45,3 0,45 92,9
8 6-10 1100 132,5 6,4 50,1 0,50 92,2
9 11-15 1100 132,5 6,4 55,2 0,55 91,4
Табл. 4. Показники I результати очищення спйчпих вод у фтьтрг-адсорберг
Показники
Мюяць, рж
Забруднення середньомь сячт до очищення, мг/дм3
мех. домшки
н/п
Забруднення у вод1 тсля очищення, мг/дм3
мех. домгшки
н/п
Стугань очи-щення, %
Липень, 2010
80,3
5,17
28,4
0,82
Серпень, 2010
90,5
9,40
42,1
0,65
Листопад, 2010
55,2
6,37
38,6
0,69
Грудень, 2010
100,1
9,10
10,3
1,32
Травень, 2011
144,3
13,76
12,5
1,73
Червень, 2011
121,2
20,29
17,3
2,24
Результати реального очищення оборотних вод ННПЗ показують, що досягаегься 84,2-93,5 % стушнь очищення вщ н/п. Висновки:
1. За результатами проведених дослщжень попереднього очищення стачних вод НПЗ встановлено, що вуглецевомшеральш матер1али можна вико-ристовувати як фшьтрувальш наважки фшьтр1в для очищення спчних вод [ досягаеться 60^66 % очищення вщ завислих, 40,6-58,4 % вщ н/п [ 58^65 % - вщ сульфщ1в, що е важливим у процес пщготовки води до процесу очищення на установках БХО.
2. Зменшення забруднення водних ресурмв стачними водами пщприемства завдяки пщвищенню ефективност роботи установок водоочищення впливае на гщросферний фактор еколопчно! безпеки об'екта.
3. Таким чином, внаслщок здшснених дослщжень встановлено, що новий тип сорбенлв - ВММ е змогу пщвищити стутнь очищення спчних вод 1, вщповщно, показник еколопчно! безпеки об'екта.
Л1тература
1. Довкшля 1вано-Франювщини у 2010 рощ : стат. зб. - 1вано-Франювськ. - 2011. - 152 с.
2. Челядин Л.1. Науков1 засади ресурсозбершаючих технологш та устаткування шдви-щення еколопчно! безпеки промислових об'ек™ Прикарпаття : дис.... д-ра техн. наук: спец. 21.06.01. - "Еколопчна безпека" / Л.1. Челядин. - !вано-Франгавськ, 2011. - 336 с.
94
Збiрник науково-технiчних праць
3. Ф1зико^м1чш основи технологи очищення стсчних вод / А.К. Запольский, Н.А. Мш-кова-Клименко, 1.М. Астрелш та ш. - К. : Вид-во "Л1бра", 2000. - 552 с.
4. Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды / А.И. Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников. - М. : Изд-во "Химия". - 1989. - 510 с.
5. Edwards J.D. Industrial Wastewater Treatment a guidebook / J.D. Edwards // CRC Press Boca Raton Fla. - 1995. - Pp. 1-192.
6. Ковальова А.Г. Фiзичнa та коло!дна хiмiя / А.Г. Ковальова. - Львiв : Вид-во "Свгг", 1994.
7. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами / Е.Д. Бабенков. - М. : Изд-во "Наука" -1977. - 355 с.
8. Черниш 1.Г. Застосування волокнистих та порошкових сорбенпв для очищення води вщ нафтових забруднень / 1.Г. Черниш // Вгст академп шженерних наук Укра!ни. - 2003. -№ 2. - С. 21-25.
9. Храмцов Е.Ю. Очистка нефтесодержащих сточных вод методом коагулирования с применением новых флокулянтов / Е.Ю. Храмцов, А.В. Бакланов // Сотрудничество для решения проблемы отходов : матер. Междунар. конф. - Харьков. - 2007. - С. 260-262.
10. Лурье Ю.Ю. Химический анализ производственных сточных вод / Ю.Ю. Лурье, А.И. Рыбникова. - М. : Изд-во "Химия", 1974. - 336 с.
11. Кульский Л. А. Определение оптимальной дозы коагулянта с учетом фазово-диспер-сного состояния примесей / Л. А. Кульский, О.П. Смирнов, К. А. Якубов // Химия и технология воды. - 1983. - № 3. - Т. 5. - С. 258-261.
12. Когановский А.М. Адсорбционная технология очистки сточных вод / А.М. Коганов-ский, Т.М. Левченко, И.Г. Рода, Р.М. Марутовский. - К. : Изд-во "Техника". - 1981. - 175 с.
13. Вггенько Т.М. Спрощений метод визначення концентрацп нафтопродук™ у спчних водах / Т.М. Вггенько, О.М. Лясота // Вюник Тернотльського державного техшчного ушвер-ситету : зб. наук.-техн. праць. - Терношль : Вид-во ТДТУ. - 2002. - Т. 7, № 3. - С. 134.
14. Челядин Л.1. Патент 27668 Укра!на, МПК В 01 D 35/02. Фшьтр-адсорбер / Л.1. Челя-дин, Я.М. Дрогомирецький, В.Л. Челядин, М.Р. Скробач, М.М. Богуславець; Заявник i патен-товласник № 200707240; заявл. 27.06.2007; опубл. 12.11.07, Бюл. № 12. - 3 с.
Челядын Л.И., Хомын В.Р., Скробач М.Р., Богуславец М.М., Немиш П.П. Физико-химическая очистка стоковых вод, загрязненных нефтепродуктами, с содержимым углеродоминеральных материалов
Приведена количественная характеристика водных ресурсов и образования сточных вод, а также основные методы их очистки. Основными загрязнителями сточных вод Прикарпатья являются нефтепродукты. Приведены результаты очистки загрязненных стоков методом отстаивания, фильтрации с участием углеродномине-ральных материалов (ВММ). Показано, что ВММ проявляют фильтрационные и сор-бционные свойства в процессах водоочистки сточных вод от нефтепродуктов, которые приводят к уменьшению сброса загрязнений в окружающую среду и повышению уровня экологической безопасности объектов региона.
Ключевые слова: водные ресурсы, сточные воды, методы очистки, углеродо-минеральные материалы, технологии, отстойник, новые сорбенты, фильтр, экологическая безопасность.
Chelyadyn L.I., Khomyn V.R., Skrobach M.R., Bohuslavets M.M., Ne-mish P.P. Physic-chemical treatment of wastewater contaminated with oil products featuring carbon-minerals materials
In the article the quantitative characterization of water and wastewater education and basic methods of cleaning them. The main impure waters of the region is oil. The results of contaminated wastewater by sedimentation, filtration involving carbon-minerals materials (AMM). Shown that AMM showing filtration and sorption properties during purification of wastewater from oil, which cause reduction of discharge of contaminants in the environment and improve environmental safety of the region.
Keywords: water, wastewater, cleaning methods, carbon-minerals materials, technologies, sump, new sorbents, filter, ecological safety.
2. Еколопя довкшля
95
