Аннотация
Описан 20-летний опыт применения технологии торфяной фильтрации для очистки поверхностного стока. Приведены достоинства технологии, отмечена простота эксплуатации в большом диапазоне объема поверхностных сточных вод. Выбор технологии очистки и фильтрующих материалов – достаточно сложная задача, так как требует достижения эффективности очистки при минимальных затратах и без использования дополнительной электроэнергии. Природное происхождение торфа, его доступность, хорошие фильтрующие свойства, простота утилизации и невысокая стоимость обусловливают предпочтительность его применения в технологиях очистки поверхностных сточных вод. В период 1994–2018 годов группа компаний разработала систему пассивной механической очистки поверхностного стока с использованием торфяных фильтрующих материалов. На объектах Северо-Западного федерального округа РФ внедрено более 900 систем очистки поверхностного стока разного масштаба, в том числе более 300 – на автомобильной дороге Р-21 «Кола» и крупных сооружениях «Пулково-3» производительностью 700 м 3 /ч в Санкт-Петербурге. Отсутствие необходимости использования электроэнергии даже в минимальных объемах обусловило эффективность таких технологий. Широкое внедрение торфяной фильтрации позволяет отнести ее к наилучшим доступным технологиям.
Дальнейший текст доступен по платной подписке.
Авторизуйтесь: введите свой логин/пароль.
Или оформите подписку
Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Бутовская А. С.
Текст научной работы на тему «Использование торфа для очистки сточных вод»
Органическая часть загрязненного нефтью грунта представлена незначительным содержани-фвфино-нафтеновых (6,49 %) и высоким содержанием ароматических масел (28,12 %). Коли-ю асфальтенов составляет 11,91 %. Углеводородная фракция загрязненного грунта по составу, и образом, может быть отнесена к высокосмолистым нефтям.
Уникальность предлагаемого мероприятия заключается в совместной переработке торфяною я и техногенных отходов, имеющего высокую распространенность на территории нефтедо-юших регионов.
Данная технология позволит значительно удовлетворить потребности в коммунально-вом топливе за счет использования местных сырьевых ресурсов и улучшить экологическое >яние нефтедобывающих регионов.
В заключение отметим, что реабилитации нефтезагрязненных почв с использованием торфя-мслиорантов позволит значительно снизить финансовые затраты на ликвидацию проливов и и нефтепродуктов и создаст благоприятные условия для развития углеводородоокисляющих оорганизмов.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРФА для очистки сточных ВОД
Уральская государственная горно-геологическая академия
Торф — природное образование органического происхождения, возникающее в результате от-Ьрания и неполного разложения болотной растительности в условиях повышенной влажности и Ьаостатка кислорода.
Торф принадлежит к весьма ценному природному сырью. Органическая масса его — сложная кесь различных высокомолекулярных соединений. Решение проблемы комплексного использова-Ь торфа должно основываться на разумном использовании всех ценных компонентов и свойств.
Сложная природа органического вещества торфа, его химический состав предопределяют замечательное свойство — сорбционную способность, т. с. способность поглощать из газов и жидкостей различные вещества. Торф — это прежде всего, природный ионообменник, сорбент. Особенно ■клика роль ионообменных свойств торфа при использовании его в сельскохозяйственном произ-Ьиствс, при изготовлении на основе торфа сорбентов, торфощелочных реагентов, при разработке ■ методов управления структурно-реологическими свойствами торфа (процессы переработки и суш-!■). а также для очистки загрязненных стоков.
Моховой торф хорошо адсорбирует из сточных вод поверхностно-активные вещества, краси-I —-.и. ртуть, сульфиды металлов и др. Преимуществом торфяных фильтров, применяемых для очитки промышленных и бытовых вод, является то, что они способны задерживать значительное ко-■чество взвешенных частиц. В течение часа с помощью 1 м2 фильтрующей поверхности из торфа 1слщиной от 20 до 75 мм можно очистить 803 л воды от примеси различных металлов.
Большие перспективы открываются при использовании торфа для очистки от нефти водных хюстранств. Загрязнение воды нефтью происходит в результате сброса ее отработанной водой с ■эраблей, при авариях на танкерах, перевозящих нефть. Торф с его высокой поглотительной способностью может эффективно применяться для очистки водных акваторий от нефти. Одна весовая часть абсолютно сухого торфа способна удержать 8-12 весовых частей нефти.
Велика роль торфа (торфяной подстилки) в утилизации экстрементов животных, так как животноводческие фермы в значительной степени загрязняют поверхностные воды. При утилизации ■ввозной жижи торфом получают ценное торфонавозное удобрение, при этом создаются нормаль-яые условия содержания животных.
Из торфа и песка можно изготовить фильтры для очистки сточных вод от фосфора,-радиоактивных и нерастворимых взвешенных ор^нических веществ. Известны опыты по использованию торфяных месторождений в качестве последней ступени очистки сточных вод городов. Сфагновые болота как природные фильтры очищают дождевые воды от вредных примесей атмосферы. На ос-
новс торфа возможно создание нонообменников и сорбентов с улучшенными свойствами, к открывают перспективы использования торфа для улавливания из атмосферы вредных ных, жидких и твердых примесей, поступающих с выхлопными газами автотранспорта, а также заводов, фабрик, котельных.
Таким образом, торф имеет большое значение для защиты и оздоровления окружающей ды. Необходимо бережное, наиболее рациональное его использование.
Широкое распространение в практике очистки сточных вод от нефтемаслопродуктов п ли сорбционныс методы, позволяющие вести процессы очистки весьма эффективно и изби Сорбционныс методы применяются как самостоятельно, так и в сочетании с другими сп: качестве гидрофобных нефтепоглощающих материалов используются эластичные вспененные лиурстаны, полипропилен, сипрон, полистирол, тонкоизмельченное цел л юл озосоде р жа шее вес во, модифицированное органическими соединениями, композиции на основе наполнителя и мг другие.
В связи с поисками новых, пригодных для промышленности сорбентов особый интерес у следователей вызывает возможность использования торфа для очистки сточных вод и поверх: воды от нефтемаслопродуктов. Торф дешев, не токсичен, широко распространен, добыча его пг и общедоступна. Интересны в этом плане работы финских исследователей по очистке сточных в фиксированном слое торфа и в непрерывно действующем противоточном торфяном фильтре, вестны и другие исследования, посвященные связыванию торфом нефти и очистке сточных вол нефтемаслопродуктов.
Однако следует отмстить, что к настоящему времени сделаны лишь первые шаги к пра скому использованию торфа, и многие факторы, связанные с фильтрацией сточных вод через остаются невыясненными.
Ниже приводятся данные, характеризующие адсорбционно-адгезионную способность по отношению к нефтемаслопродуктам. Изучены некоторые факторы, определяющие ностъ очистки сточных вод от этих загрязнений.
В качестве объектов исследования выбраны сфагновый (&=10 %) и пушицевый (У?=45 %) ды торфа, физико-техническая характеристика которых приведена в табл. 1.
Лабораторные испытания сорбционно-адгезионной способности (статической актив образцов торфа по отношению к нефтемаслопродуктам производились в статических условиях тем перемешивания навески торфа и водно-масляной эмульсии в течение 5 ч. Концентрацию темаслопродукгов до и после контакта с торфом определяли путем экстрагирования эмульсии роформом с последующим анализом экстрагента на флуоромстрс.
Сорбент 11лотиосгь Улельиый Пористость Коэффициент
торфа, кг/м’ о5ъсм. кг/м* материала. % объемности
Пушицевый 1,37 0,435 68,2 3,15
Сфагновый 1,45 0,138 90,5 10.54
Сорбционмв активности, I
Полученные экспериментальные данные по определению статической акгивности свид ствуют о высокой поглотительной способности сфагновых мхов по отношению к нефтем дуктам, что, по-видимому, можно объяснить пористостью материала, обеспечивающей д ную вероятность соприкосновения частиц нефтемаслопродуктов с поверхностью и осаждения ней.
Как видно из табл. 1, по пористости и статической активности сфагновый торф имеет н степень разложения и соответствует уровню некоторых синтетических материалов, применяв настоящее время для очистки сточных вод автохозяйств, и поэтому использование его для оч сточных вод является целесообразным, а учитывая низкую стоимость торфа — и экономически равданным.
В связи с изложенным проведена серия лабораторных испытаний фильтрующей загрузки сфагнового торфа. Изучена зависимость эффекта очистки сточных вод (модельных) от пл упаковки загрузки, скорости фильтрации, концентрации нефтемаслопродуктов в воде, рН вод.
Лабораторные исследования проводились на опытной установке, состоящей из фильтроваль-сй колонки круглого сечения (диаметр колонки 3 см, высота 60 см, высота слоя торфа 30 см) и ре-фвуара исходной жидкости с мешалкой. В колонку загружали набухший в воде торф.
Для предупреждения образования в объеме загрузки «воздушных карманов» фильтрование роизводили снизу вверх.
Номер Скорость фильтрации. м/ч рН Плотность упаковки. ком1 Концентрация ‘Эффективность
ольла исходной эмульсии, мг/л фильтрата. мг/л ОЧИСТСИ, %
1 1,7 7,9 31 2442.1 14,4 99.5
2 1,7 7.9 43 2442.1 10.3 90.6
3 1,7 7.9 53 2442.1 28,7 98.8
4 2.5 7.9 43 2011.1 13.8 99.3
5 3.4 7,0 44 9011,1 99,7
6 4,2 7.9 43 244,2 6,3 9Т,0
7 2,5 7.9 43 48,0 3,4 93,1
8 3.4 7.9 43 48,2 6,3 86.9
9 4.2 7.9 43 48.2 8.8 81,7
10 4.2 7.9 43 17,2 6.9 60,0
II 4.2 7,9 43 14.4 7,5 48,0
12 4,2 7,9 43 78,1 10,9 86,0
13 4.2 4.5 43 78,1 8,6 89,0
14 4,2 2.3 43 78.1 4.6 94,1
Полученные экспериментальные данные (табл. 2, опыты 1 — 3) указывают на влияние плотно-гм упаковки торфа на эффективность очистки. Наиболее высокая степень очистки достигается при падывании торфа в фильтрационной колонке с плотностью 30 — 40 кг/м’ , что, по-видимому, яв-■ется следствием большей проницаемости частиц нсфтсмаслопродуктов между волокнами и час-щами торфа, исключающей быструю кольматацию начального слоя фильтрующей загрузки.
С увеличением плотности упаковки происходит «замасливание» торфа и значительно возрастет потери напора воды. Если фильтрацию заканчивать в момент снижения заданной скорости мльтрации и заменить фильтрующую загрузку свежим материалом, это приведет к значительному жышению расхода торфа, а его поглотительная способность будет исчерпана полностью. Про-влжитсльность фильтроцикла можно увеличить, изменяя плотность загрузки или подавая на мьтр сток с более низким содержанием нефтепродуктов.
Результаты определения концентрации маслопродуктов на выходе из слоя различной толщи->. показали, что основное количество масла задерживается 400-миллиметровым слоем торфа, ос-гочное содержание его в фильтрате не превышает 10 мг/л. Поэтому в тех случаях, когда опреде-пощим показателем загрязнения сточных вод являются только нефтемаслопродукты, достаточно граничитъея небольшой толщиной торфяного фильтрующего слоя.
Как показали данные лабораторных исследований, эффективность очистки сточных вод от вфтемаслопродуктов зависит от скорости фильтрации воды (см. табл. 2, опыты 2, 4 — 9). Сфагно-ый торф достаточно хорошо очищает воду даже при высоких скоростях фильтрации, причем для шеококонцентрированных эмульсий эффективность очистки мало зависит от скорости, в то время к для малоконцентрированных эмульсий с ростом скорости фильтрации эффективность очистки иает.
Эффективность очистки в значительной мере зависит от исходной концентрации нефтемас-спродуктов в воде (см. табл. 2, опыты 1-11). При высокой концентрации последних в воде эффективность очистки достигает 99 %, тогда как для низкоконцентрированных эмульсий находится в аре дел ах 50 — 80 %.
Экспериментально обнаружено повышение эффективности очистки при уменьшении рН сточных вод (см. табл. 2, опыты 12 — 14). Снижение рН с 7,9 до 2,3 приводит к возрастанию эффектности очистки на 10 -12 %. Это, по-видимому, объясняется тем, что при подкислении снижается гойкость эмульсии, в результате чего при фильтрации через слой торфа достигается почти полное
разрушение коллоидной системы и практически 100 %-ное улавливание масла, содер эмульсии.
Таким образом, результаты проведенного исследования позволяют получить априори)« формацию об эффективности очистки сточных вод от нефтемаслопродуктов в фиксированном торфа и о многочисленных факторах, определяющих этот процесс.
Гранулированный торф для очистки сточных вод от нефтепродуктов
Применение дешевых углеродных органических и неорганических сорбентов, а также личных производственных отходов для очистки нефтесодержащих сточных вод всегда а целесообразно.
Как показали ранее проведенные исследования, торф не находил широкого применен** очистки сточных вод, вследствие обнаружения в процессе его использования ряда негати лений, к которым в первую очередь следует отнести плохую проницаемость торфа поток) руемой жидкости, что значительно ухудшает гидравличгские характеристики слоя торфа, а вынос его волокон при больших скоростях фильтрации, высокую набухаемость в воде, вы вание в слабокислых и щелочных средах.
В результате выполнения ранее работ выявлена принципиальная возможность сорбционного материала на основе торфа, который в некоторой степени лишен указанных татков. Установлено, что плохая проницаемость потока фильтруемой жидкости может быть нена путем гранулирования торфа. Гранулированный методом окатывания торф — материал с родным составом зерен, близких к сферической форме, требуемый диаметр которых может достигнут путем рассева на стандартных ситах.
Сравнительный анализ эффективности очистки модельных нефтесодержащих сточных фильтрующих загрузках из торфа, имеющих различные физико-химические характеристики, зал, что сфагновый торф малой степени разложения хорошо очищает воду, но имеет самый * коэффициент фильтрации и большую усадку (15 %). Для гранулированного торфа наблюдается сокий коэффициент фильтрации. Потери напора в фильтре при фильтрации сточных вод черег грузку из сфагнового торфа превышают таковые для гранулированного торфа примерно в 8 ра^. загрузка из гранулированного торфа обладает лучшими гидродинамическими характсристи
В связи с этим изучены физико-химические и физико-технические свойства гранули го торфа. Экспериментально подтверждена эффективность его применения для очистки держащих сточных вод. Получены зависимости эффективности очистки от параметров скорости фильтрации.
Объектом исследования явился гранулированный методом окатывания сосново-пуш торф (R = 35 — 40 %, Ас- 3.5 — 5,0 %).
Опытная партия гранулированного торфа получена на макете шнекового грянулятора
Из практики технологии очистки воды известно применение фильтрующих материалов с мером зерен 0,5 — 3,0 мм.
Физико-технические и физико-химические показатели свойств фильтрующей загрузоч фанулированного торфа приведены в табл. 3. Установлено, что в процессе окатывания улуч физико-технические свойства торфа, увеличивается ere насыпная плотность, уменьшается хаемость. Анализ полученных данных показал, что гранулированный методом окатывания механическим свойствам (истираемости, измельчаемости в набухшем и абсолютно сухом нии, пористости, зерновому составу и сорбционной емкости) удовлетворяет требованиям, п ляемым к фильтрующим материалам. Адсорбционная способность гранулированного торфа в намичсских условиях по нефтепрод) ктам (НП) (0,2 — 0,5 г/г) соизмерима с таковой для си ских гранулированных материалов, например пенополистирола (0.5 г/г), и на порядок выше лированного полипропилена (0,03 -0,05 г/г), сопоставима с другими неорганическими м ми, применяемыми для очистки нефтесодержащих сточных вод.
Возможности использования гранулированного торфа для очистки нефтесодержащих ных вод исследовали применительно к нефтесодержащим балластным водам с содержанием продуктов 100 — 200 мг/л на лабораторных колонках, высота которых составила 600, а д
18 мм, высота слоя загрузки — 400 мм. Модельную нефтесодержащую воду готовили на пресной •оде с добавлением морской соли (18-35 г/л). В качестве нефтепродуктов использовали автотракторное масло. Получены сравнительные данные и для балластной воды (балластная вода предоставлена ПО Югрыбхолодфлот, г. Севастополь).
Эффективность очистки определяли в процентах по формуле ((со — сУсо]-100, где со — концентрация НП в исходной воде, с — концентрация в фильтрате. Содержание нефтепродуктов устанавливали в каждых последовательно очищенных 10 л воды (табл. 4).
Плотность г/см’ Механическая прочность. % ымюиим соо-
В набухшем состоянии собиость
Сорбент Внешний *ил 11 ипммим Пори с- госа Небу-хас-чостъ к юде. % истираемость иэ-нш-чае-мость В абсо-лютио су»о« состоя- НИИ В статически« условиях В динамических условиях
Торф грану-жро ванный рранулятор ■иековый), ►0,5 — 2,0 Ш=21,7 V Я=40 % Гранулы, близкие к сферической форме 0,6 1.5-1.6 50 37 1.8 9.8 92-96 1,26 0,2-0,5
|орф грану-■фо ванный гранулятор ярельчатый), •=0.5-2.0 ■и. V-22 %, Гранулы сферической формы 0.5 1,4-1,5 60 25 1.2 10.6 93-94 1,67 0.3-0.5
Влажность. % Количество очи-шенной воды Среднее содержание масел в воде, мг/л Средняя степень Сорбционная активность, г/г Очистительная способность 1 м’ гранул, м’ Примечание
до очистки после очистки очистки. %
12 250 215.8 3.44 98,17 0.41 1022 Вода балластная (молельная)
36 250 215.8 2.62 98.66 0.44 1075 То же
44 325 97.2 9.10 90.78 0.19 1150 Вода балластная
Задачей опыта явилось нахождение адсорбционной емкости гранулированного торфа, в связи чем фильтроцикл заканчивали после проскока НП в фильтрат в количестве 15 мг/л (предельно допустимая концентрация).
Из приведенных в табл. 4 данных видно, что при использовании гранулированного торфа для счистки реальной балластной воды эффективность очистки составляет 84 — 94,2 %, в случае молельной воды — 97,5 — 99,3 %, более низкие результаты для реальной балластной воды, по-видимому, можно объяснить высокой влажностью взятых для исследования г ранул. Из полученных результатов видно, что 1м> гранулированного торфа способен очистить 1000 м балластной воды. Адсорбционная емкость гранулированного торфа составила 0,2 — 0,5 г/г.
Процесс извлечения НП из сточных вод определяется законами динамики сорбции и зависит от различных факторов. В связи с этим проведена оптимизация процесса нсфтссодсржащих сточных вод на (ранулированном торфе симплексным методом анализа.
Критерием эффективности очистки выбрана степень очистки в процентах (у).
Полученное на основании серии опытов регрессивное уравнение, адекватно описывают« процесс в исследуемом интервале факторов, имеет следующий вид:
у — 0,062*, — 0,524*2 — 0,469*3 — 0,233* мера гранул, т. е. с ростом суммарной поверхности. В оптимальном виде (применен индуктивны* регрессивный анализ) получены следующие по сложности уравнения:
у — 185,78 — 0,527*2*, — 23,25*4.
Как видно из приведенных уравнений (2) и (3), факторами, влияющиии на процесс очисток, являются также влажность гранулированного торфа *, и степень кислотности (pH) *«.
Установлено, что термообработка гранулированного торфа в токе азота при / = 110 — I течение 1 — 2 ч приводит к потере способности торфа к выщелачиванию. Так, цветность филь сточных вод, прошедших загрузку из термообработанного гранулированного торфа, в 8 раз мен чем нетермообрабоганного (50 и 426° по платиновой шкале).
Таким образом, проведенные исследования показали, что улучшение свойств торфа воз путем его гранулирования методом окатывания. Гранулированный методом окатывания торф ет улучшенные физико-механические свойства: более высокую насыпную плотность и одноро зерновой состав, что делает его технологичным в эксплуатации, высокую порочность слоя (м новое пространство), способствующую улучшению гидравлических характеристик торфа фильтрующего материала, сорбционную емкость в динамике 0,2 — 0,5 г/г и способность уд до 250 кг НП в 1 м* гранул, что делает его пригодным для очистки нефтесодержащих сточных содержанием НП от 50 до 250 мг/л.
СИСТЕМНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ТОРФЯНЫХ И ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ
СПИЦИНА О. Е. Уральская государственная горно-геологическая академия
Отрицательное влияние человечества на природу сказалось на истощении природных сов. В XX веке было изъято из недр Земли полезных ископаемых больше, чем за всю пред историю человечества. При этом полностью используется меньше 7 процентов добытого сы остальное превращалось в отходы, загрязняющие окружающую среду. На сегодняшний день 775 наименований отходов только по С вердловской области.
Значительную часть отходов можно эффективно использовать. Уникальные свойства близость месторождений торфа к техногенным образованиям позволяют поставить вопрос о можности и целесообразности утилизации отходов промышленного и сельскохозяйственного изводств путем их совместной переработки с торфом, нацеленной на получение композш материалов с заданной качественными показателями. Необходимо сделать системный анализ ния переработки торфяных и вторичных ресурсов на окружающую среду.
Очистка воды анионитом — фильтры "ловушки органики" для болотных и торфяных вод
Фильтры серии Сапфир-О предназначены для удаления из воды органических примесей, устранения цветных потеков на сантехнике, снижения цветности и улучшения прозрачности воды.
Наличие в воде органических примесей характерно для поверхностных болотных и торфяных вод. Органические соединения в основном являются результатом биотрансформации растительных остатков и являются слабыми органическими кислотами, гуминовыми и лигногуминовыми веществами, содержащими железо в органической – связанной форме и придающими воде цвет от желтовато-бурого до коричневого. Поэтому фильтры Сапфир-О называют еще называют ловушками органики.
Перед анионообменными фильтрами Сапфир-О для увеличения ресурса анионообменной смолы устанавливают фильтр предварительной механической очистки воды Сапфир-П или обезжелезиватель воды Сапфир-Br, а после фильтра Сапфир-О — финишный фильтр тонкой очистки Ключ-Т с картриджем рейтингом 5 или 1 мкм. При содержании в исходной воде железа более 0,5 мг/л, рекомендуется также дополнительно установить перед фильтром Сапфир-О фильтр обезжелезиватель воды Сапфир-BR.
Устройство фильтров Сапфир-О для удаления органики
Фильтр представляет собой корпус из нержавеющей стали или армированного пластика, заполненный анионообменной смолой (анионитом).
Удаление органики из болотных и торфяных вод в фильтре Сапфир-О происходит при ее прохождении ниспадающим потоком через объем анионита. Периодическая регенерация анионообменной смолы производится раствором поваренной соли в ручном или автоматическом режиме (в зависимости от комплектации фильтра).
Чтобы проводить регенерацию фильтров с анионообменными смолами в ручном режиме, требуется затратить около 2-х часов времени на проведение полного цикла регенерации.
Лучше применять фильтры с автоматическим управляющим клапаном, который проведет регенерацию по заданной программе без присутствия человека.
В связи с этим, мы рекомендуем следующее:
- Выбрать фильтр ловушку органики Сапфир-Ос автоматической системой управления. Дело в том, что проводить регенерацию в аппарате с ручным управлением довольно хлопотно. В корпусах из нержавеющей стали надо отвинтить крышку, вставить воронку, аккуратно засыпать соль из мешка, затем осуществить продолжительную выдержку для ее растворения (рекомендуется оставить соль на ночь). Да и соль не вся может раствориться и покинуть аппарат, поэтому после промывки возможно попадание соленой воды в водопровод. А для аппаратов с корпусом из армированного пластика надо приготовить раствор соли и проследить за его засасыванием внутрь аппарата и наполнением солевого бачка водой. Автоматический управляющий клапан всё сделает сам, надо только следить за наличием таблетированной соли в специальном солевом баке.
- Использовать для регенерации только специальную таблетированную соль для фильтров. Она растворяется без осадка и не содержит примесей, которые плохо влияют на анионообменные смолы и не засоряют тонкие каналы управляющих клапанов. К числу таких примесей относится йод, который содержится в пищевой поваренной соли.
Технические характеристики анионообменных фильтров Сапфир-О
* — Фильтры с ручным управлением обычно подбираются из расчета цикла регенерации 1 раз в неделю.
* — Эксплуатация оборудования в условиях разряжения (давление в аппаратах ниже атмосферного) категорически запрещается!