Теоретические основы химической технологии, 2022, T. 56, № 4, стр. 443-452

ВВЕДЕНИЕ

Суть вопроса. Нефтегазовый комплекс является стратегической отраслью экономики нашей страны, однако его продукция наносит существенный экологический ущерб окружающей среде, в частности загрязнение вод и грунтов [1]. Используемые в настоящее время методы очистки нефтезагрязненных вод не в состоянии удовлетворить современным требованиям охраны окружающей среды, что делает перспективным использование физических методов для интенсификации процессов очистки. Работы [2, 3] свидетельствуют об эффективности применения ультразвуковых колебаний низкочастотного диапазона, особенно в комбинации с другими методами, за счет использования синергетических эффектов, возникающих при очистке стоков. Исследования в данной области немногочисленны и противоречивы, поэтому требуется проведение дальнейших исследований.

Ниже приводится анализ литературных источников с целью выявления возможности использования ультразвукового воздействия для интенсификации существующих методов очистки нефтезагрязненных вод. В работе [4] авторами проведена классификация типов загрязнений в водах, загрязненных нефтью, и рассмотрены основные методы их очистки. Авторы работы [5] выражают мнение о целесообразности сочетания физических методов, в частности ультразвука, с известными методами очистки загрязненных вод, за счет использования синергетических эффектов, а также дают рекомендации по рациональному использованию ультразвукового воздействия в системе водоподготовки.

Одной из основных проблем при использовании методов фильтрации для очистки загрязненных нефтью вод является загрязнение фильтров. Так, при использовании мембранных фильтров (микро-, ультра-, нанофильтрация, обратный осмос) происходит осаждение частиц (солей, коллоидов, макромолекул и др.) на поверхности мембран или на стенках пор, уменьшая их проницаемость, и, как следствие, производительность; вследствие уменьшения потока пермеата и увеличения сопротивления фильтров, что увеличивает энергию, затрачиваемую на поддержание фильтрата.

Работы [6–8] рассматривают использование ультразвука для повышения эффективности работы фильтров за счет снижения сопротивления фильтров и повышения регенерационной эффективности. В ультразвуковом поле наблюдаются следующие эффекты: увеличение производительности потока пермеата на 150% в [6], восстановление проницаемости на 15% при фильтрации стока с концентрацией нефтепродуктов свыше 500 ppm, снижение сопротивления мембраны на 19%, что приводит к уменьшению энергии, затрачиваемой на поддержание фильтрующего потока [7], значительное уменьшение взвешенных частиц твердого вещества [8]. Показано, что для увеличения эффективности процесса механической очистки необходимо правильно выбрать режимные параметры ультразвукового воздействия: частоту, интенсивность и время обработки.

Авторы работ [9–13] подчеркивают, что ультразвуковое воздействие увеличивает массоперенос, очистку и дезинфекцию за счет создания уникальных физико-химических условий, которые можно использовать для очистки и контроля загрязнения мембран. В работе [9] показано что воздействием непрерывных и импульсных ультразвуковых волн можно очищать мембраны и восстанавливать поток, за счет их влияния на физико-химические свойства загрязняющих веществ, предотвращать и удалять отложения кавитационным воздействием. В работе [10] отмечено, что механизм ультразвукового воздействия на мембраны приводит к уменьшению закупорки пор и уплотнению корки за счет схлопывания кавитационных пузырьков и турбулентности акустических потоков, которые зависят от интенсивности ультразвука, рабочего давления, скорости потока и концентрации твердых частиц. Механизмы влияния ультразвукового воздействия с различными частотами (28, 45, 100 кГц) на процессы ультрафильтрации и очистки мембран исследованы в работе [11]. Показано, что снижение общего сопротивления и увеличение потока пермеата более эффективно при воздействии низкочастотным ультразвуком (28 кГц), что объясняется снижением концентрационной поляризации и сопротивлением слоя корки. В работе [12] приводятся результаты ультразвукового воздействия при очистке эмульгированных нефтезагрязненных вод с помощью керамической мембраны на основе оксида циркония. При этом наблюдалось увеличение пермеата в ультразвуковом (УЗ) поле, а степень удаления нефти достигала 99.9% при оптимальных параметрах ультразвука. Кроме того, удалось достигнуть максимальной эффективности и сокращении времени очистки при комбинированной обработке химическими агентами и ультразвуком за счет синергетических эффектов.

Как известно, не все мембраны выдерживают ультразвуковую обработку, и наиболее изученным материалом является поливинилиденфторид [13], но для получения объективной информации об устойчивости мембраны к ультразвуку необходимы стандартизированные методы испытаний.

Таким образом, воздействие ультразвукового поля сводится к двум эффектам: восстановление проницаемости фильтров увеличивает производительность потока пермеата; уменьшение сопротивления фильтров снижает расход энергии затрачиваемой на поддержание потока фильтрации.

Для интенсификации флотационной очистки нефтезагрязненных вод авторы работ [14–16] использовали ультразвуковое воздействие, за счет которого достигалось повышение эффективности очистки и снижение энергозатрат. В работе [14] приведены различные конструкции ультразвукового оборудования, используемые при очистке. Авторы считают, что основной механизм ультразвукового воздействия основан на явлении кавитации, которое усиливает или обеспечивает процесс тепломассопереноса, и отмечают, что основное преимущество ультразвукового воздействия заключается в низком потреблении энергии и расходного материала. Авторы работы [15] считают, что использование наночастиц вместо химических реагентов при дополнительной ультразвуковой обработке позволяет более эффективно увеличивать размеры перемещающихся в воде наночастиц. Такой подход эффективен для процессов коагуляции, флокуляции и седиментации, обеспечивает повышение степени очистки вод и более компактное аппаратурное оформление процесса. Группа экспериментаторов под руководством проф. О.В. Абрамова [16] разработала способ ультразвуковой очистки, создала методику, построила на этой основе стенд для проекта МНТЦ, обосновала условия и дала практические рекомендации по компоновке с соответствующей аппаратуры в тех или иных условиях. Для снижения энергозатрат при ультразвуковой обработке авторы работы предлагают обрабатывать не весь нефтезагрязненный поток, а предварительно обрабатывать его небольшими объемами растворов реагентов с последующим их вводом в загрязненный поток. Но она упустила одну важную возможность интенсификации, связанную с реагентно-ультразвуковой обработкой нефтезагрязненного стока в отстойнике, с целью ускорения процесса седиментации. Ультразвуковой флотационный метод также был использован при очистке нефтезагрязненных стоков, полученных в процессе утилизации нефтяных шламов и грунтов [17, 18] который позволил повысить эффективность очистки, уменьшить расход химических реагентов, снизить энергопотребление, осуществить более компактное аппаратурное оформление процесса.

Одна из таких проблем явилась очистка производственно-дождевых сточных вод (ПДСВ) на объектах трубопроводного транспорта нефти ПАО “Транснефть”. Технологические схемы очистки ПДСВ, применяемые на объектах, сочетают механическую, физико-химическую очистку сточных вод с применением и без применения химических реагентов для осаждения и извлечения загрязняющих веществ, доочистку сточных вод на фильтрационных установках. Очищенные и обеззараженные сточные воды сбрасываются, как правило, в водные объекты. Осадок после очистки сточных вод подвергается обезвоживанию, обеззараживанию и последующей утилизации.

Исходные данные. На первом этапе были обследованы очистные сооружения ПАО “Транснефть”, уточнены исходные данные по качественному и количественному составу загрязнений в сточных водах, изучены проектно-технологическая документация и условия эксплуатации оборудования.

Станция очистки ПДСВ включает следующее оборудование: блок приготовления и дозирования раствора коагулянта и флокулянта; напорные флотаторы с блоком компрессоров; промежуточную емкость с насосным оборудованием; блок приготовления и дозирования раствора гипохлорита натрия; фильтры с песчаной/сорбционной загрузкой; сорбционные фильтры с активированным углем; установку обеззараживания сточных вод; приямок осадка с насосным оборудованием и др. стандартное оборудование.

Технологическая схема обследуемых очистных сооружений ПДСВ: резервуары статического отстоя ⇒ блок напорной реагентной флотации ⇒ ⇒ блок механических фильтров ⇒ блок сорбционных фильтров ⇒ пруды-отстойники.

Эффективность очистки первых двух ступеней очистки обследованной станции ПДСВ приведена в табл. 1.

Эффективность удаления нефтепродуктов на первой ступени очистки в резервуарах статического отстоя (РСО) зависит от нескольких факторов: времени пребывания сточной воды, гидравлической крупности удаляемых частиц, периодичности удаления всплывших нефтепродуктов и осадка. Причем чем больше время пребывания сточных вод, тем больше эффект очистки.

На второй ступени очистки после резервуара статического отстоя, сточные воды поступают в насосную станцию отстоянных сточных вод, откуда они насосами подаются на флотационную установку. В состав флотационной установки входит блок приготовления и дозирования реагентов, сатуратор, блок механического удаления пены.

Результаты исследования. Для повышения эффективности очистки сточных вод на второй ступени очистки необходимо следующее:

1. Провести эксперименты по оптимизации дозы применяемых реагентов (коагулянта). При использовании коагулянта (особенно на основе алюминия) следует контролировать уровень рН, оптимальный диапазон которого 6.5−7.5, а также остаточную концентрацию алюминия.

2. В часы максимального притока (во время снеготаяния) время пребывания сточных вод в резервуарах минимально и при этом нагрузка на очистные сооружения резко возрастает. Недостаточная эффективность удаления взвешенных веществ и нефтепродуктов на флотационной основе приводит к излишней нагрузке на фильтры. Это, вероятно, связано с недостаточной эффективностью использования сульфата алюминия в качестве коагулянта, который гидролизуется достаточно медленно.

3. В случае использования сульфата алюминия в качестве коагулянта целесообразно применять предварительную ультразвуковую активацию коагулянта. При этом коагулянт быстрее и более полно гидролизуется в холодной воде, что ускоряет образование хлопьев и их последующую флотацию, а также обеспечивает меньшую остаточную концентрацию алюминия в очищенной воде.

4. Использовать более эффективный реагент – алюмокремниевый раствор АКФК [19], обладающий свойствами коагулянта-флокулянта, предварительно активированный в ультразвуковом поле. Подобные методы были эффективно использованы авторами работ [20] при модернизации технологии флотационной очистки поверхностных вод Студенец-Ваганьковского ручья (г. Москва), когда ультразвуковое воздействие играет определяющую роль и является необходимым фактором, гарантирующим надлежащий режим работы очистных сооружений в холодное время года.

АППАРАТУРА И МЕТОДЫ АНАЛИЗА

В лабораторных экспериментах пробы, подвергнутые очистке, представляли собой устойчивые эмульсии, полученные при диспергировании смеси бензина, мазута и моторного масла в дистиллированной и водопроводной воде в соотношении 1 : 1 : 1.

Стендовые испытания проводились ПАО “Транснефть” как на модельной смеси нефтепродуктов в загрязненной воде, так и непосредственно поверхностных производственно-дождевых сточных вод (ПДСВ), дополнительно загрязненных смесью нефтепродуктов из бензина, моторного масла и мазута. Состав исходного стока и дополнительно загрязненного нефтепродуктами стока приведен в табл. 2.

В лабораторных и стендовых экспериментах были использованы следующие реагенты: коагулянт Аква-Аурат 30 (А30), флокулянт типа Праестол катионной марки 853 (Пр 853 ВС), алюмокремниевый флокулянт-коагулянт (АКФК).

Для получения исходной модельной смеси использовали концентратомер АН-2. Определение устойчивости эмульсии полученных модельных смесей проводили с помощью колориметра КВК-2МП, который позволяет измерять активность растворов и коэффициенты пропускания коллоидных растворов, эмульсий и рассеивающих взвесей в проходящем свете. Для определения концентраций нефтепродуктов использовали спектрофотометр СФ-2000, который был откалиброван на пробах различных нефтепродуктов известной концентрации в четыреххлористом углероде.

Ультразвуковая активация (УЗА) рабочего раствора реагента проводилась на установке, которая включала в себя генератор УЗГ 2-22 мощностью 2 кВт, магнитострикционный преобразователь ПМС 2/22, снабженный волноводом стержневого типа с площадью рабочей поверхности 10 см². Интенсивность колебаний при ультразвуковой обработке варьировалась от 4 до 10 Вт/см² при резонансной частоте колебаний излучателя 22 кГц. Акустическую энергию, вводимую в нагрузку, контролировали калориметрическим по методике, описанной в работе [2, 3].

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Лабораторные эксперименты очистки модельной эмульсии проводились методом отстаивания и воздушной флотации с использованием реагентного и ультразвукового воздействия. Опираясь на рекомендации производителей реагентов и концентрации нефтепродуктов в модельной смеси, соотношение концентраций коагулянта А30 и флокулянта Пр 853 ВС было выбрано в соотношении 5 : 1 соответственно, причем рациональная концентрация реагента рабочего раствора для данной модельной эмульсии соответствует 10 мг/л. Эксперименты проводились при температуре 20°С.

Реагент АКФК представляет особый интерес в силу ряда преимуществ при очистке нефтезагрязненных вод – он имеет как коагулирующие, так и флоккулирующие свойства; меньший расход реагента при прочих равных условиях; может быть использован в широком диапазоне pH; обеспечивает более высокую степень очистки нефтезагрязненных вод по сравнению с традиционно применяемыми реагентами; стоимость его значительно ниже, чем у реагентов-аналогов. Опираясь на рекомендации производителей реагента АКФК [19], рекомендуемая концентрация реагента для данной модельной эмульсии должна составлять 8 мг/л по Al₂O₃. Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 3.

Как известно из работ [16] кратковременная ультразвуковая обработкa малых объемов растворов реагентов, которые затем вводятся в поток очищаемых стоков, что позволяет сократить энергетические затраты. Кроме того, активация рабочего раствора с помощью ультразвука значительно сокращает время растворения реагента в воде. Ультразвуковую активацию реагентов А30 + Пр 853 ВС проводили при частоте 22 кГц, в течение 3–6 мин. Как видно из рис. 1, предварительная ультразвуковая активация рабочего раствора реагентов в течение 3 мин повышает степень очистки модельной эмульсии методом гравитационного отстаивания с 38.0 до 50.2%, а методом воздушной флотации – с 72.2% до 89.6%.

Рис. 1.

Зависимость степени очистки от времени ультразвуковой обработки: 1 – А30 + Пр 853 отстаивание; 2 – А30 + Пр 853 воздушная флотация; 3 – АКФК отстаивание; 4 – АКФК воздушная флотация

Также следует отметить, что увеличение времени ультразвуковой активации рабочего раствора с 3 до 5 мин, повышает степень очистки методом отстаивания с 50.2 до 64.4%, а методом воздушной флотации – с 89.6 до 95.2%. Активация раствора реагентов ультразвуком более 5 мин неэффективна, так как степень очистки повышается незначительно, а потери энергии увеличиваются, поэтому во всех последующих экспериментах ультразвуковая активация растворов реагентов составляла 5 мин.

Ультразвуковая активация реагента АКФК проводилась при частоте 22 кГц в течение 5−10 мин. Из рис. 1 видно, что предварительная ультразвуковая активация раствора АКФК в течение 5 мин повышает степень очистки модельной эмульсии методом гравитационного отстаивания с 42.3 до 50.3% а при использовании метода воздушной флотации − с 74.3 до 85.0%, Кроме того, увеличение времени ультразвуковой активации раствора АКФК с 5 до 8 мин повышает степень очистки методом отстаивания с 50.3 до 71.3%, а методом флотации − с 85.0 до 96.5% с. Ультразвуковая активация раствора реагента АКФК более 8−9 мин неэффективна, так как степень очистки повышается незначительно при тех же энергетических потерях, поэтому во всех последующих экспериментах время ультразвуковой активация раствора реагентов АКФК для метода отстаивания составляла 8 мин, методом флотации − 9 мин.

Результаты экспериментов по определению рациональных концентраций растворов реагентов после их ультразвуковой активации методами отстаивания и флотации представлены на рис. 2.

Рис. 2.

Зависимость степени очистки от концентрации реагента рабочего раствора, предварительно активированного ультразвуком: 1 – А30 + Пр 853 отстаивание; 2 – А30 + Пр 853 воздушная флотация; 3 – АКФК отстаивание; 4 – АКФК воздушная флотация.

Как видно из рис. 2, при очистке методом гравитационного отстаивания, при увеличении концентрации раствора реагентов А30 + Пр 853 ВС с 2 до 8 мг/л степень очистки увеличивается с 48.2 до 65.6%, в то же время при увеличении концентрации реагентов свыше 8 мг/л степень очистки увеличивается незначительно. При использовании метода воздушной флотации при увеличении концентрации реагентов рабочего раствора А30 + + Пр 853 ВС с 2 до 6 мг/л степень очистки повышается с 84.3 до 95%, в тоже время увеличение концентрации до 10 мг/л практически не изменяет степень очистки. Таким образом, для проведения очистки методом отстаивания наиболее рациональной концентрацией растворов реагентов А30 + Пр 853 ВС является 8 мг/л, а для метода воздушной флотации – 6 мг/л.

Увеличение концентрации раствора реагента АКФК с 2 до 6 мг/л повышает степень очистки методом гравитационного отстаивания с 55.9 до 71.3%, в то же время при использовании концентрации реагентов свыше 6 мг/л степень очистки практически не изменяется (см. рис. 2). При использовании метода воздушной флотации при увеличении концентрации реагента рабочего раствора с 2 до 6 мг/л степень очистки повышается с 87.9 до 96.0%, в тоже время дальнейшее увеличение концентрации до 10 мг/л практически не изменяет степень очистки. Таким образом, для проведения очистки методами отстаивания и флотации наиболее рациональной концентрацией раствора АКФК является 6 мг/л.

Для масштабирования результатов лабораторных экспериментов был разработан комплексный стенд, на котором была отработана технология реагентной очистки поверхностных производственно-ливневых сточных вод (ППЛСВ) ПК АО “Транснефть”

Аппаратурно-технологическая схема комплексного стенда приведена на рис. 3, которая включает 4 блока:

Рис. 3.

Аппаратурно-технологическая схема комплексного стенда: 1 – емкость коагулянта; 2 – емкость флокулянта; 3 – трубчатый ультразвуковой реактор; 4 – насосы; 5 – реактор отстаивания; 6 – флотационный реактор; 7 – эластичный перфорированный коллектор; 8 – проточный реактор непрерывного действия; 9 – емкость отделения нефтешлама; 10 – ультразвуковой генератор; 11 – независимый внешний нагреватель; 1' – нефтезагрязненный сток; 2' – очищенный сток; 3' – сброс осадка; 4' – атмосферный воздух.

− блок ультразвуковой активации реагента (УЗА);

− блок статического отстаивания (СО);

− блок флотационной очистки (ФЛО);

− блок ультразвуковой обработки в проточном режиме (УЗПР)

Блок ультразвуковой активации реагента состоит из емкости для коагулянта (1); емкости для флокулянта (2); трубчатого УЗ реактора (3), снабженного двумя магнитострикционными преобразователями (ПМС) мощностью 2 кВт, в комплекте с УЗ генератором мощностью 4 кВт и работающего в частотном диапазоне 18–27 кГц и – насосов (4) производительностью 2 м³/ч. УЗО проводилась на резонансной частоте 22 кГц с интенсивностью на 4−10 Вт/см².

Блок статического отстаивания представляет собой емкость (5), объемом 50 л, снабженную трубопроводами подачи нефтезагрязненных вод, сброса осадка и сброса очищенного стока. Комплект статического отстаивания имеет два съемных погружных пьезокерамических преобразователя (3) с волноводно-излучающими системами (преобразователи типа ПИ-1,7-22), питание которых осуществляется от двуканального ультразвукового генератора (10) мощностью 4 кВт. УЗО проводилась на резонансной частоте 24.4 кГц при интенсивности не более чем 0.8 Вт/см², для того чтобы не разрушать комплексы, созданные реагентами (коагулянт, флокулянт) и не вызывать процесс эмульгирования нефтепродуктов. Процесс обработки стока осуществлялся в непрерывном и импульсном режиме в течение 5−15 мин. Кроме того, реактор отстаивания снабжен внешним нагревателем (11) для нагрева стоков, температура которого фиксировалась термопарами, закрепленными на внутренней стенке реактора.

Блок флотационной очистки (ФЛО) представляет собой прозрачную камеру-реактор цилиндрического типа объемом 50 л из оргстекла (6), снабженную внешним нагревателем (11), с переливной трубкой, перфорированным эластичным коллектором сжатого воздуха и патрубком отвода осветленной воды. Роль кавитатора на стенде имитировалась подачей сжатого воздуха от компрессора в нижнюю часть флотационной камеры по эластичному перфорированному коллектору с диаметром отверстий 3 мм (7). Обвязка оборудования позволяет осуществлять серии экспериментов по оценке эффективности ультразвукового воздействия, применяя погружные ультразвуковые излучатели (3) во флотатор или используя блок активации реагентов при различных маршрутах поступления реагентного раствора и загрязненной воды из соответствующих емкостей во флотационную камеру.

Блок ультразвукового воздействия в проточном режиме (УЗПР) разработан для обработки жидких гетерогенных и гомогенных систем в ультразвуковом поле при большой производительности процессов очистки. Блок УЗПР включает ультразвуковой генератор (10) мощностью 6 кВт (двуканальный), два магнитострикционных преобразователя мощностью 2 кВт (расход охлаждающей воды 3 л/мин, давление 2 атм.), ультразвуковой трубчатый проточный реактор (8) (труба диаметром 60 мм и высотой 600 мм), технические характеристики которого приведены в табл. 4.

Для того чтобы обеспечить резонансный режим работы при передаче механических колебаний стенкам трубы-реактора, два преобразователя ПМС-2/24 припаяны к полуволновым стержням – волноводам, у которых диаметр подобран таким образом, что на длине окружности укладываются две длины волны. В этом случае излучателем упругих колебаний в жидкофазную среду служит внутренняя поверхность трубы реактора, поэтому в реакторе создается сравнительно равномерное ультразвуковое поле. Измерения распределения ультразвукового поля с помощью пьезокерамического зонда (приемника) показали, что оно имеет максимальную величину в центре (в месте присоединения волноводов) и несколько слабее в остальном объеме жидкости.

Были выбраны рациональные режимные и технологические параметры очистки нефтезагрязненных вод, полученные при выполнении лабораторных экспериментов. В экспериментах с использованием реагентов Аква-Аурат 30 (С = 10 мг/л) с Праестол 853 ВС (С = 2 мг/л), АКФК (С = 5 мг/л) были опробованы различные комбинации (маршруты #) очистки нефтезагрязненного стока ультразвуковой обработкой в гравитационном отстойнике (блок СТО), во флотационной камере (блок ФЛО) и проточном ультразвуковом реакторе (УЗПР) при температуре 20°C, а имнно:

− введение реагента в загрязненную воду с последующим отстаиванием в течение 20 мин в гравитационном отстойнике (# 1);

− введение реагента в загрязненную воду с последующей ультразвуковой обработкой всего объема в течение 5 мин и последующим отстаиванием в течение 20 мин в гравитационном отстойнике (# 2);

− введение в загрязненную воду предварительно обработанного ультразвуком в течение 5 мин реагента с последующим отстаиванием в течение 20 минут в гравитационном отстойнике (# 3);

− введение реагента в загрязненную воду с последующей флотацией потоком воздуха (Q = 20 л/ч) в течение 15 мин во флотационной камере (# 4).

− введение реагента в загрязненную воду с последующей ультразвуковой обработкой всего объема в течение 5 мин и флотацией потоком воздуха (Q = 20 л/ч) в течение 15 мин во флотационной камере (# 5);

− введение предварительно обработанного ультразвуком (300 c) реагента в загрязненную воду с последующей флотацией потоком воздуха (Q = 20 л/ч) в течение 15 мин во флотационной камере (# 6);

− введение реагента в загрязненную воду в проточном реакторе с объемным расходом Q_ж = = 15 л/мин (# 7);

− введение реагента в загрязненную воду с последующей ультразвуковой обработкой в течение 5 мин в проточном реакторе с объемным расходом Q_ж = 15 л/мин (# 8);

− введение предварительно обработанного ультразвуком в течение 300 c реагента в загрязненную воду в проточном реакторе с объемным расходом Q_ж = 15 л/мин (# 9);

Результаты экспериментов с различными маршрутами обработки нефтезагрязненных вод с применением реагентов Аква-Аурат 30 (С = 10 мг/л) с Праестол 853 ВС (С = 2 мг/л), АКФК (С = 5 мг/л) представлены в табл. 5.

На первом этапе в увеличенном масштабе были продублированы лабораторные опыты с комбинированным использованием реагентов в реакторе отстаивания при ультразвуковом воздействии с помощью погружных излучателей, размещенных непосредственно в камере отстаивания. Опыты проводились как с предварительной ультразвуковой активацией растворов реагентов на специальной установке вне стенда, так и без нее.

Опыты с реагентной очисткой стоков и ультразвуковая обработка во флотационной камере-реакторе с использование погружных излучателей осуществлялись в следующем порядке: наполнение флотационной камеры, введение растворов реагентов (с предварительной ультразвуковой активацией и без нее), одновременное подключение компрессора, обеспечивающего поступление сжатого воздуха в нижнюю часть флотационной камеры, и погружной излучатель.

На заключительном этапе проводились эксперименты по очистке стока с использованием ультразвуковой обработки стоков в емкости реактора, работающего в проточном режиме (блок УЗПР).

Результаты экспериментов показали, что ультразвуковое воздействие положительно влияет на очистку нефтезагрязненных вод при использовании как реагента А30 + Пр 853 ВС (С = 2 мг/л), так и реагента АКФК (С = 10 мг/л):

− в реакторе статического отстаивания с реагентом А30 + Пр 853 ВС степень очистки повышалась с 65.6 до 87.5%, с реагентом АКФК – с 72.3 до 89.4% (# 2);

− предварительная ультразвуковая активация реагента перед введением его в реактор отстаивания повышает степень очистки в первом случае до 97.1%, с реагентом АКФК – до 97.8% (# 3);

− ультразвуковая обработка в объеме флотационной камеры с реагентом А30 + Пр 853 ВС увеличивает степень очистки с 72.6 до 92.1%, с реагентом АКФК – с 77/7 до 94.3%, что на 5–7% больше по сравнению с гравитационным отстаиванием (# 4);

− предварительная ультразвуковая обработка реагента перед введением во флотационную камеру повышает степень очистки с реагентом А30 + + Пр 853 ВС до 96.4%, с реагентом АКФК – до 98.1% (# 6);

− при ультразвуковой обработке стоков в емкости проточного реактора удалось увеличить степень очистки с реагентом А30 + Пр 853 ВС с 45.1 до 68.2%, с реагентом АКФК – с 52.6 до 70.3% (# 7);

− предварительная ультразвуковая обработка реагента перед его внесением в проточный реактор, повысила степень очистки с реагентом А30 + + Пр 853 ВС до 88.3%, с реагентом АКФК до 85.4% (# 9);

Во всех экспериментах с применением как предварительно обработанных ультразвуком растворов реагентов, так и не обработанных, через 1.5−2 мин с момента включения погружного излучателя имело место интенсивное диспергирование загрязнений и возможно деструкция нефтепродуктов, независимо от расхода воздуха. Последующие серии экспериментов проведены без ультразвуковой обработки непосредственно во флотационной камере, что заметно повысило степень очистки загрязненных вод.

Полученные результаты экспериментов с использованием блока УЗПР значительно ниже по сравнению с отстаиванием и флотацией вследствие малого времени контакта реагентов с загрязнениями в проточном реакторе. Следовательно, для улучшения эффективности очистки в проточном режиме необходимо увеличить время обработки стока в реакционной камере установки. Сопоставление полученных результатов с выводами, полученными в работах [16, 20] показали, что действительно эффективна предварительная ультразвуковая активация химических реагентов с последующим вводом в загрязненный сток как при флотационной очистке, так и при очистке в проточном режиме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Экспериментальные результаты очистки сточных вод ПАО “Транснефть” на разработанном стенде с использованием ультразвукового воздействия, позволившие определить рациональные и технологические параметры очистки сточных вод, обеспечивающих их максимальную степень очистки.

2. Авторы проверили перспективность, разработали методику, сформулировали практические рекомендации и подтвердили эффективность нового элемента технологии ультразвуковой очистки нефтезагрязненных стоков, связанную с возможностью существенного ускорения процесса седиментации при реагентно-ультразвуковом воздействии (по сравнению с гравитационным отстаиванием), что позволяет создать как новые технологические схемы ускоренного разделения стоков в РСО для предотвращения его переполнения и сброса неочищенного стока в окружающую среду, так и новые конструкции РСО, реализующие указанные технологии.

3. Разработан комплексный стенд, на котором отработана технология реагентной очистки поверхностных производственно-дождевых сточных вод (ПДСВ) ПАО “Транснефть”, дополнительно загрязненных смесью нефтепродуктов из бензина, моторного масла и мазута, с предварительной ультразвуковой активацией реагентов.

4. Ультразвуковая интенсификация технологических процессов очистки сточных вод позволит заметно упростить и модернизировать аппаратурно-технологическую схему очистных сооружений за счет сокращения времени нахождения стока в отстойнике и флотаторе, уменьшения расхода реагентов, что позволит повысить энерго- и ресурсосбережение существующих технологий.

Выражаем огромную благодарность сотрудникам кафедры “Промышленная экология” РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина за помощь при разработке экспериментального стенда.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

ИНДЕКСЫ