1.8 Н.П.Андреева.

Н.П.Андреева
ОЧИСТКА СТОЧНОЙ ВОДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ БИНАРНОЙ СМЕСИ
«САПРОПЕЛЬ + АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ»
ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова
В настоящее время в Москве строится много объектов по обслуживанию
автотранспорта, в том числе и автомойки с локальной очисткой сточной воды. В случае
строительства автомойки органы санэпидемнадзора предписывают внедрение системы
оборотного водоснабжения. Это позволяет более экономно использовать водопроводную
воду, а также уменьшает нагрузку на канализацию и очистные сооружения города.
Необходимость очистки стоков после мойки автомашин обусловлена наличием
значительного количества загрязнений, в частности нефтепродуктов и тяжелых металлов.
Кроме того, для более быстрого и качественного обслуживания клиентов в процессе
мойки довольно часто используются специальные шампуни и различные полироли. В
итоге все поллютанты попадают в общую водосборную систему и поступают на очистную
установку. В данной статье приводятся материалы очистки воды на установке «Биоклин».
Общая схема локальной очистки приведена на рис. 1.
Блок
управления
4
НП = 0,04
Pb =0,005
Cu =0,001
Zn – не
обн.
3
НП = 0,56
Pb = 0,06
Cu = 0,02
Zn = 0,13
2
1
НП = 3,69
Pb = 0,62
Cu = 1,10
Zn = 1,10
Рис. 1. Общая схема локальной очистки воды на установке «Биоклин»:
1 – песколовка; 2 – отстойник; 3 – камера аэрации; 4 – доочистка на сорбенте
Образующаяся после мойки машины грязная вода стекает в приемную камеру,
совмещенную с песколовкой [1]. Здесь также осаждаются частицы грунта, мелкие камни,
мусор. Затем сточная вода поступает в отстойник [2], где происходит улавливание
тонкодисперсных частиц и эмульгированных нефтепродуктов. Осветленная вода
поступает в камеру аэрации [3]. Процесс аэрации заключается в следующем: в воде
вращается турбина, которая насажена на полый вал – импеллер. С ее помощью
происходит нагнетание воздуха в придонный слой воды. Вокруг импеллера при его
вращении создается разрежение, в результате чего воздух диспергируется на мелкие
пузырьки, которые всплывают на поверхность и отводятся в накопитель. На
образующихся микропузырях воздуха всплывают микрочастицы – ПАВ, нефтепродукты.
Они образуют пенный слой, который утилизируется. Для укрупнения и ускорения
подъема частиц в воду добавляют коагулянт. Заключительный этап - это напорная
фильтрация воды через сорбент [4]. В процессе доочистки из воды удаляются
растворенные нефтепродукты (НП) и тяжелые металлы (ТМ). На практике, как правило,
фильтрующей загрузкой является активированный уголь. Он позволяет удалять из воды
органическое загрязнение, а сорбция тяжелых металлов при этом незначительна. В
данных исследованиях фильтрующей загрузкой является бинарная смесь из сапропеля и
активированного угля марки АГ-3, которая позволяет удалять из воды, как
нефтепродукты, так и тяжелые металлы.
Сапропель – это тонкоструктурные коллоидальные отложения пресноводных
водоемов, содержащие не менее 15% органического вещества, а также неорганические
компоненты биогенного и приносного характера. В данных исследованиях применяется
карбонатный сапропель оз. Неро Ярославской обл. Перед использованием
непромороженный сапропель естественной влажности 80% гранулируется и сушится при t
= 1050С в течение 30 часов. Влажность гранулированного сапропеля 20 %, размер гранул
2-4 мм. Изучение сорбционных свойств проводилось в лабораторных условиях на
модельных растворах. Для определения эффективности работы сапропеля при
одновременном присутствии в растворе НП и ТМ проводится следующий лабораторный
опыт. В нефтезагрязненной воде растворяются соли Cu, Zn, Pb и добавляется ПАВ.
Остаточное содержание НП в пробах воды определялось методом, основанном на
экстракции их гексаном и измерении интенсивности флуоресценции на анализаторе
«Флюорат2–3М» /Методика, 1998/. Погрешность измерения равна:
свыше 0,50 до 50,0 мг/ л включительно
 25%;
при измерении НП в диапазоне 0,02 – 0,50 мг/л
 40%.
Измерение массовой концентрации ионов цинка, меди и свинца в воде выполнено
методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе «Экотест-ВА» /Методика,
1999/. Погрешность измерения в диапазоне 0,01-0,5 мг/л равна ± 30%. При проведении
аналитической работы по определению ТМ пробы исследуемой воды разбавляются
бидистиллированной водой. Результаты эксперимента по определению статической
обменной емкости сапропеля представлены в табл. 1.
Емкость определяется по формуле (РосГео 08-002-98)
СОЕ =
(Cиис  Сравн )  V
, мг/г,
g
где g – масса сухого сорбента, г; V – объем воды, приливаемой к сорбенту, л; Сисх –
концентрация загрязнения в исходной воде, мг/л; Сравн – равновесная (остаточная)
концентрация в фильтрате, мг/л.
Степень извлечения загрязнителя из воды определяется по формуле
Cисх  Сравн
Ε=
100 %.
Cисх
Эксперимент показывает, что сапропель поглощает из воды НП и ТМ при
одновременном присутствии в воде этих веществ. Визуально отмечено снижение
пенообразования. Растворенные нефтепродукты удаляются из воды на 73% при исходном
содержании порядка 30 мг/л. При этом емкость сапропеля в отношении этого загрязнителя
равна 0,12 мг/г. Суммарный показатель СОЕ по трем металлам у сапропеля равен 3,82
мг/г. Из трех растворенных металлов наибольшая емкость в отношении ионов цинка. 1 г
сапропеля поглощает 2,25 мг этого металла. Степень извлечения цинка из воды при
исходной концентрации 466 мг/л равна 85%. Показатель сорбции по меди следующий:
СОЕ сапропеля – 0,87 мг/г, что соответствует степени извлечения 95% при исходном
содержании 163 мг/л. Свинец поглощается сапропелем 0,70 мг на 1г. Концентрация этого
элемента уменьшилась на 89% при начальных 140 мг/л.
Таблица 1
Определение СОЕ сапропеля в отношении НП, растворенных в воде, и ионов ТМ, мг/г.
Условия проведения эксперимента: V = 0,1 л; вес сорбента = 18 г; время контакта – 24 ч.
Элемент
Нефтепродукты
Медь
Цинк
Свинец
Сисх, мг/л
28,8
163
466
140
Сравн, мг/л
7,7
8,2
68,4
15,7
Сисх - Сравн
21,1
154,8
397,6
124,3
СОЕ
0,12
0,87
2,25
0,70
Е, %
73
95
85
89
Емкость сапропеля определялась и при динамическом режиме фильтрации
загрязненной воды. Загрязненная вода, подаваемая на колонку сверху вниз со скоростью
2,4 м/ч, содержала НП и свинец. Пробы фильтрата отбирались через 0,5-1 л пропущенного
раствора и в них определяется остаточное содержание этих загрязнителей. По
полученным значениям строилась выходная кривая сорбции. Эта кривая показывает
зависимость изменения содержания вещества в фильтрате от объема раствора,
пропускаемого через слой сорбента. Остаточное содержание НП позволяет сделать вывод:
в динамических условиях сапропель нефтепродукты из воды не удаляет. Имеет место
сорбция тяжелых металлов. Для удаления нефтепродуктов в динамическом режиме
очистки воды необходимо применять активированный уголь. Для этого сапропель и уголь
перемешиваются в объемном и весовом соотношении 1:1 (30 г сапропеля + 30 г АГ-3).
Полученной бинарной смесью заполняется фильтрационная колонка и подается
загрязненная вода. Полученные результаты представлены в табл. 2 и на рис. 2.
Динамическая обменная емкость сорбента определяется по формуле (РосГео 08-002-98)
ДОЕ =
1
g
Свых.  0, 05Сисх.
 V (Сисх  Свых ) , мг/г,
Свых.  0
где g – масса сорбента, г; Cисх – исходная концентрация элемента, мг/л;
Свых - концентрация элемента на выходе из колонки, мг/л;
V – порция фильтрата с концентрацией Свых, л;
28,52
ДОЕ =
= 0,95 мгPb/г;
30
21,79
ДОЕ =
= 0,73 мгНП/г.
30
Полученное экспериментальным путем значение емкости сапропеля в отношении
ионов свинца в статическом и динамическом режиме очистки воды отличается на 25 %,
что сопоставимо с погрешностью измерения прибора. Таким образом, можно сделать
вывод: в процессе фильтрации через слой сапропеля сорбция металлов из воды имеет
место. Емкость поглощения сорбента при этом в отношении того или иного элемента
постоянна. В динамическом режиме очистки воды скорость фильтрации не должна
превышать 2,4 м/ч. Кроме того, при проведении лабораторных экспериментов и во время
очистки стоков на «Биоклине» визуально можно отметить снижение пенообразования в
воде, контактирующей с сапропелем, то есть уменьшается количество ПАВ.
Таблица 2.
Определение ДОЕ бинарной смеси «Сапропель+активированный уголь АГ-3»
в отношении нефтепродуктов и свинца, мг/г
Условия эксперимента: СисхНП = 4,8 мг/л, СисхPb = 5,0 мг/л, масса 0,1 л сапропеля и
угля = 60 г (30г сапропеля + 30г АГ-3)
Свинец
Нефтепродукты
Свых,
ΔС, мг/л
V, л
Свых,
ΔС, мг/л
V, л
ΔСV, мг
ΔСV, мг
мг/л
мг/л
0,04
4,96
0,1
0,50
0,06
4,74
1,0
4,74
0,11
4,87
0,6
2,92
0,11
4,69
0,5
2,35
0,20
4,80
0,3
1,44
0,08
4,72
1,8
8,50
0,52
4,48
0,5
2,24
0,19
4,61
1,1
5,10
0,21
4,72
0,7
3,30
0,24
4,56
0,2
1,1
0,54
4,46
1,1
4,91
Итого
4,6
21,79
0,33
4,76
1,1
5,14
1,9
6,3
Итого
8,08
28,52
Свинец
6
10
12,7
4
0,75
1
0,33
0,54
0,7
0,21
0,1
0,2
1
0,11
2
0,52
3
0,04
Концентрация,мг/л
5
4,9
4,25
4,93
0,75
6,3
7,8
5
1
1,5
2,2
3,3
4,4
Нефтепродукты
4
12,7
0,07
0,11
0,08
0,08
0,19
1
0,06
2
0,1
0,7
1
1,5
2,2
3,3
4,4
0,66
3
0,06
Концентрация,мг/л
10
3,5
Объем пропущенного раствора, л
4,5
0
4,5
0
0
0
6,3
7,8
Объем пропущенного раствора, л
Рис. 2. Выходные кривые сорбции компонентов бинарной смеси «Сапропель +
активированный уголь АГ-3»
Полученные значения емкости сапропеля и угля АГ - 3 позволяю определить
минимальную дозу сорбента для доочистки сточной воды на установке «Биоклин».
Минимальная доза сорбента определяется по формуле (СНИП 2. 04.03 – 85)
Дмин =
Cисх  Сост
, г/л;
К  СОЕ
где Сисх – концентрация вещества в исходной воде, мг/л;
Сост – остаточная концентрация в фильтрате, мг/л;
К – коэффициент исчерпания емкости сорбента, принимается равным 0,6 – 0,8;
СОЕ – статическая обменная емкость сапропеля, определенная экспериментально, мг/г.
За концентрацию НП и ТМ в сточной воде, требующей доочистки на фильтрующей
загрузке, принято загрязнение воды, поступающей на фильтр из камеры аэрации.
Полученная концентрация поллютантов после очистки воды на бинарной смеси меньше
ПДКрыб.хоз.. Исходя из этого, за остаточную концентрацию вещества принимается этот
норматив. Расчет сведен в табл. 3. Сточную воду также необходимо очищать от ПАВ.
Поэтому минимальную расчетную дозу сапропеля увеличиваем в 5 раз и она равна 1,3 г/л.
Производственная мощность установки «Биоклин» равна 10 м3/сут (0,42 м3/ч). Объем
камеры засыпки сорбента для напорной фильтрации – 0,1 м3. Минимальный вес
компонентов смеси для очистки воды в течение часа непрерывной фильтрации равен:
сапропеля - 1,3 г/л  420 л/ч = 546 г/ч = 0,5 кг/ч, вес угля - 1,16 г/л  420 л/ч = 487 г/ч = 0,5
кг/ч.
Таблица 3.
Определение минимальной дозы компонентов смеси, г/л
Загрязнение, поступающее на фильтр, мг/л
Концентрация элементов в воде после
фильтрации, мг/л
ПДК рыбохозяйственный, мг/л
Сорбционная
емкость,
определенная
экспериментально, мг/г
Минимальная доза компонентов смеси, г/л
Суммарная доза компонентов смеси, г/л
НП
0,56
0,04
Свинец
0,06
0,005
Медь
0,02
0,001
Цинк
0,13
Не обн.
0,05
0,73
0,006
0,70
0,001
0,87
0,01
2,25
1,16
1,16
0,13
0,04
0,26
0,09
1 кг бинарной смеси, приготовленной в равных объемных частях из сапропеля и угля
марки АГ–3, обеспечивает требуемую степень очистки воды от нефтепродуктов и свинца,
меди, цинка. Такую воду можно сбрасывать в водоем рыбохозяйственной категории
водопользования. Время непрерывной работы фильтра с такой смесью при этом будет
равно: (100 л  0,6 кг/л) : 1 кг/ч = 60 ч. На автомойке было использовано 50 кг сорбента,
что позволило на данном предприятии с системой оборотного водоснабжения очистить
около 500 м3 сточной воды.
Библиографический список
1. Ксенофонтов Б.С. Химия и основы технологии очистки воды. М.. 1997, 90 с.
2. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах
природной, питьевой и сточной воды флуориметрическим методом на анализаторе
жидкости «Флюорат – 02». ПНД Ф 14.1:2:4.128 – 98. М.. 1998. 17 с.
3. Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов меди, свинца, кадмия
и цинка в питьевых, природных и сточных водах методом инверсионной
вольтамперометрии на анализаторе «ЭКОТЕСТ-ВА». М.. 1999.
4. СТО РосГео 08-002-98 Технологические методы исследования минерального сырья.
М.: Изд-во РосГео. 1998. 33 с.
5. СНИП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. М. 2001, 50 с.