Wastewater treatment of oil products at car parks

Full Text

Автопарковки обычно имеют открытые площадки и достаточно развитую дорожную сеть, с которой отводятся дождевые сточные воды, загрязненные взвешенными веществами, нефтепродуктами и другими веществами. Сточные воды от автопарковок представляют определенную опасность для окружающей среды, и должны быть перед сбросом очищены до установленных экологических нормативов [4]. Очистные установки должны быть компактны, удобны в эксплуатации и эффективны. Кроме того, установки должны иметь невысокую стоимость поставки, монтажа и эксплуатации [1]. Нами были проведены исследования проб ливневых сточных вод и талых вод автопарковки г. Москва (Измайловский бульвар). Пробы сточных вод (ливнесток и талую воду) отбирали непосредственно на автопарковке, рассчитанной на сто машиномест и занимающей 3 га. Количество пробы воды для анализа зависит от числа определяемых компонентов. Для проведения анализа по основным компонентам пробу следует брать не менее 1 л. Для отбора и хранения пробы воды до анализа использовали пластмассовые бутылки из прозрачного, бесцветного материала с закручивающимися крышками. Время хранения пробы сточной воды не превышало 24 ч. Анализируемая вода хранилась в холодильнике при температуре не выше 5 °С, чтобы устранить возможность протекания окислительных процессов. В эксперименте проводили очистку и доочистку сточных вод путем динамической сорбции на фильтрах с загрузкой активированным углем Каусорб-221 и нетканым материалом ПП-4 Подольской фабрики «Весь Мир». Проведены химические анализы очищенной сточной воды, а также биотестирование сточных вод на семенах пшеницы с целью определения токсичности воды (фитотест) и ориентировочного установления класса опасности. На первом этапе нашей работы мы проводили органолептический и физико-химический анализы, а также определяли содержание в сточной воде нефтепродуктов, фенолов, суммы тяжелых металлов и т.д. Результаты исследований и значения ПДК в ливневой канализации (ЛК) представлены в таблицах 1, 2. Таблица 1 Результаты химического анализа ливнесточной воды от автопарковки г. Москва (Измайловский бульвар) № п/п Показатели качества воды Исходная вода Превышение ПДК ПДК в ЛК 1 Запах, баллы 2 2 раза 0 - 1 2 Цвет Грязно-серый Б/ц 3 Цветность по разбавлению 1:8 1:16 4 Прозрачность по шрифту, см 2 >20 5 Мутность, , мг/дм3 270 135 раз 2,0 6 pH 7 - 7,5 - 8,5 7 Взвешенные вещества, мг/ дм3 810 1080 раз 0,75 8 Сульфаты, мг/дм3 350 3,5 раза 100 9 Фосфаты, мг/дм3 0,3 1,5 раза 0,2 10 Комплекс тяжелых металлов 1×10-5 - 1×10-5 11 Фенолы, мг/дм3 0,1 1000 раз 0,001 12 Железо, мг/дм3 0,5 5 раз 0,1 13 нефтепродукты, мг/дм3 20 400 раз 0,05 В результате химического анализа стока было выявлено, что сточная вода от парковки (г. Москва) превышает установленные нормативы по следующим показателям для сброса в ЛК: по нефтепродуктам в 400 раз; по запаху в 2 раза; по цвету; по мутности в 135 раз; взвешенным веществам в 1080, по сульфатам в 3,5, по фенолам в 1000 раз. Поэтому для сброса в ЛК необходимо было провести предварительную очистку ливнесточной воды. Результаты органолептического и физико-химического анализа талой воды от автопарковки г. Москвы (Измайловский бульвар) представлены в таблице 2. Таблица 2 Результаты химического анализа талой воды от парковки (г. Москва Измайловский бульвар) № п/п Показатели качества воды Исходная вода Превышение ПДК (в раз) ПДК в ЛК 1 Запах, баллы 2 2 0-1 2 Цвет Грязно-серый Отс. Б/ц 3 Цветность по разбавлению 1:7 Отс. 1:16 4 Прозрачность по шрифту, см 2 Отс. >20 5 Мутность, мг/дм3 270 135 2,0 6 pH 7,5 Отс. 7,5-8,5 7 Взвешенные вещества, мг/ дм3 810 1080 0,75 8 Сульфаты, мг/дм3 200 Отс. 100 9 Хлориды, мг/дм3 10 Отс. 350 10 Фосфаты, мг/дм3 0,5 Отс. 0,2 11 Комплекс тяжелых металлов 0 Отс. 1×10-5 12 Фенолы, мг/дм3 0,1 100 0,001 13 Железо, мг/дм3 5 50 0,1 14 Нефтепродукты, мг/дм3 40 800 0,05 В результате химического анализа стока было выявлено, что талая вода от парковки (г. Москва) превышает установленные нормативы по следующим показателям для сброса в ливнесток: по нефтепродуктам в 800 раз; по запаху в 2 раза; по цвету; по мутности в 7, 7 раз; взвешенным веществам в 1080, по фенолам в 100, по железу в 50 раз. Поэтому для сброса в ЛК необходимо было провести предварительную очистку ливнесточной воды. На втором этапе нашей работы мы проводили экспериментальную очистку талой и ливнесточной воды, которая заключалась в применении фильтров с загрузкой АУ Каусорб-221 и нетканым материалом ПП-4. Результаты исследований приведены в таблицах 3, 4 и на рисунке 1. Изменение концентрации нефтепродуктов после очистки на нетканом материале ПП-4 и глубокой очистки на АУ Каусорб-221 представлено на рисунке 1. Рисунок 1. Изменение концентрации нефтепродуктов после очистки на нетканом материале и глубокой очистки на АУ Каусорб-221: 1 - ливнесточная вода с автопарковки; 2 - очищенная вода с помощью нетканого материала ПП; 3 - вода, прошедшая глубокую очистку на АУ Каусорб-221; 4-ПДК в ЛК) Также были проведены и представлены в таблице 3 результаты химического анализа очищенной ливнесточной воды от автопарковки на нетканом материале ПП-4 и при доочистке на фильтре с загрузкой АУ Каусорб-221. Таблица 3 Результаты химического анализа очищенной ливнесточной воды от парковки на нетканом материале ПП-4 и при доочистке на фильтре с загрузкой Каусорб-221 (г. Москва) № п/п Показатели качества воды Показатели очистки сточной воды на нетканом материале Эффективность очистки,% Показатели доочистки сточной воды на фильтре с загрузкой Каусорб-221 Эффектив-ность очистки, % ПДК в ЛК 1 Запах, баллы 2 Отс. 1 50 0-1 2 Цвет Прозрачный с желтоватым оттенком б/ц Б/ц 3 Цветность по разбавлению 1:2 75 1:1 50 1:16 4 Прозрачность по шрифту, см 13 прозрачный >20 5 Мутность, , мг/дм3 12,5 96 - Отс. 2,0 6 pH 7 Отс. 7 Отс. 7,5-8,5 7 Взвешенные вещества, мг/ м3 44 95 10 75 0,75 8 Сульфаты, мг/дм3 350 Отс. 350 Отс. 100 9 Комплекс тяжелых металлов 1×10-5 Отс. 1×10-5 Отс. 1×10-5 10 Фенолы, мг/дм3 0,1 Отс. 0,1 Отс. 0,001 11 нефтепродукты, мг/дм3 4 80 0,8 80 0,05 По результатам физико-химического анализа сточной воды от автопарковки, очистка сточной воды на нетканом материале по показателю нефтепродукты эффективна на 80%, по взвешенным веществам на 95%, по мутности на 96%. Доочистка сточной воды на угле Каусорб-221 эффективна по нефтепродуктам на 80%, по взвешенным веществам на 75%. В таблице 4 представлены результаты химического анализа очищенной талой воды с автопарковки г. Москва (Измайловский бульвар). Как видно из данных таблицы 4, очистка талых вод после фильтрации на нетканом материале оказалась эффективной по основному показателю - нефтепродукты на 98%. На основе экспериментальных исследований была разработана локальная линия очистки для талых и ливнесточных вод от автопарковки (рисунок 2). Технологическая схема очистки сточных вод включает в себя следующую последовательность операций. Сточные воды от автопарковок попадают на решетку (Р) для предварительной очистки от крупных взвесей (бумага, тряпки и т.д.). Решетка перекрывает песколовку (П), которая устанавливается подземно. Здесь сточная вода очищается от песка. Далее сточная вода самотеком отводится в аккумулирующий резервуар (Ар). Из аккумулирующего резервуара (Ар) погружным насосом сточная вода перекачивается в открытый (безнапорный) гидроциклон (Г). Гидроциклон оборудован полупогружным кольцевым щитом для задерживания всплывающих нефтепродуктов. Удаление нефтепродуктов осуществляется через погружную воронку в емкость для сбора нефтепродуктов (Е3). Таблица 4 Результаты химического анализа очищенной талой воды с парковки (г. Москва, Измайловский бульвар) с помощью нетканого материала ПП-4 № п/п Показатели качества воды Исходная вода Превышение ПДК, раз ПДК в ЛК Эффективность очистки, % 1 Запах, баллы 1 0-1 100 2 Цвет Прозрачный с серым оттенком Без/цв. 100 3 Цветность по разбавлению 1:4 1:16 43 4 Прозрачность по шрифту, см 4,5 >20 56 5 Мутность, мг/дм3 205 102,5 2 24 6 Взвешенные вещества, мг/ дм3 615 820 0,75 24 7 Фенолы, мг/дм3 0,1 100 0,001 Отс. 8 нефтепродукты, мг/дм3 0,8 2 0,4 98 Рисунок 2. Упрощенная технологическая схема очистки сточных вод от автопарковки: Р - Решетка; П - Песколовка; АР - Аккумулирующий резервуар; Г - Гидроциклон; ФЗ - Фильтр зернистый; Ф - Фильтр с нетканым материалом; Е1 - Емкость для сбора песка; Е2,4 - Емкость для вывоза осадка; Е3 - Емкость для сбора нефтепродуктов; Е5,6,7 - Емкость для сбора очищенной воды Производительность гидроциклона составляет 1,4 м3/ч. Эффект очистки в открытых гидроциклонах определяется в основном удельной гидравлической нагрузкой, которую устанавливают в зависимости от характеристики сточных вод, требуемой степени очистки и от геометрических размеров гидроциклона [7]. Принимается, что эффективность гидроциклона по взвешенным веществам составляет 65%, а по нефтепродуктам - 45% [2]. В гидроциклоне образует шлам, который выгружается в отдельную емкость (Е4). При наличии в жидкости нефтепродуктов они всплывают в верхнюю часть маслоудерживающего кольца, из которого удаляются через воронку. В момент заполнения гидроциклона водой воздух из зоны подконической диафрагмы удаляется через трубку в емкость для сбора нефтепродуктов (Е3). Далее из гидроциклона, при помощи погружного насоса, вода перекачивается в фильтр засыпной с загрузкой керамзитом (ФЗ). Фильтры очищают при помощи обратной промывки, изменяя направление потока воды через слои керамзита в фильтре. Керамзит - лёгкий пористый материал, получаемый путём обжига глины или глинистого сланца. Керамзитовый гравий имеет овальную форму. Керамзитовый щебень отличается лишь тем, что его зерна имеют в основном кубическую форму с острыми гранями и углами. Производится также в виде песка - керамзитовый песок. В зависимости от режима обработки глины или сланца можно получить керамзит различной насыпной плотности (объемным весом) - от 350 до 600 кг/м³ и выше. Керамзит является экологически чистым, негорючим пожаробезопасным материалом [5]. Гравий - это рыхлая осадочная горная порода, которая образуется при разрушении разнообразных горных пород естественным путем [6]. Процесс промывки активируется при открытии специально разработанного трехходового клапана, который перекрывает входное отверстие и открывает обратное. Грязь затем удаляется при обратной промывке водой [8]. При завершении процесса фильтрования вода при помощи погружного насоса подается на доочистку на фильтр с ПП-4 загрузкой (Ф). Применение в качестве загрузки ПП-4 обусловлено тем, что исходя из проведенных экспериментов наилучшие показатели качества воды были получены при доочистке сточной воды ПП-4. Загрузку этого фильтра также промываем очищенной водой, подаваемой насосом на фильтр, а затем направляем на очистку в аккумулирующий резервуар. Очищенная вода, имеющая все показатели в пределах нормы, с помощью насоса направляется в ливневую канализацию. На третьем этапе работы мы проводили биотестирование семян на основе сертифицированной методики «Фитотест», с помощью которой ориентировочно определяли класс опасности талой и ливнесточной воды от автопарковки. Биотестирование «Фитотест» основано на способности семян адекватно реагировать на химическое воздействие путем изменения интенсивности прорастания корней, что позволяет принять их длину за показатель тест-функции. Под биотестированием обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Биотестирование применяют как метод оценки промышленных, сточных бытовых, сельскохозяйственных, дренажных, загрязненных природных и прочих вод, с целью выявления потенциальных источников загрязнения: 1) в контроле аварийных сбросов высокотоксичных сточных вод; 2) при проведении оценки степени токсичности сточных вод на разных стадиях их формирования при проектировании локальных очистных сооружений; 3) в контроле токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения биологического типа с целью предупреждения проникновения опасных веществ в биоценозе активного ила; 4) при определении уровня безопасности разбавления сточных вод для гидробионтов с целью учета результатов биотестирования при корректировке и установлении предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих в водоемы со сточными водами; 5) при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологий очистки, проектов очистных сооружений и др. Токсичность водной среды - токсичность воды и донных отложений для гидробионтов, возникающая вследствие появления в ней токсичных веществ природного и антропогенного происхождения (ксенобиотиков), загрязнения сточными водами, токсическими атмосферными осадками и прочее. При возникновении токсичности водной среды вода из среды, поддерживающей жизнь, становится средой губительной для жизни. Степень токсичности водной среды оценивается методами биотестирования, а также по превышению ПДК. Среди исследуемых показателей - определение всхожести семян, длины корневой системы на четвертый, шестой и восьмой день наблюдений [3]. Результаты биотестирования приведены в таблицах 5, 6. Ориентировочное установление класса опасности ливнесточной воды от автопарковки г. Москва (Измайловский бульвар) представлено в таблице 5. Таблица 5 Ориентировочное установление класса опасности ливнесточной воды по «Фитотесту» Ливнесток с парковки Ливнес-ток с парковки 1:1 Очищенная ливнесточная вода с помощью нетканого материала Очищенная ливнесточная вода с помощью нетканого материала 1:1 Глубокая очистка ливнесточной воды с помощью АУ Каусорб-221 Глубокая очистка ливнесточной воды с помощью АУ Каусорб-221 1:1 % подавления роста корня 37 14 15 Отс. Отс. Отс. Класс опасности жидких и твердых отходов III - IV (умеренно опасные - малоопа-сные) IV (малоопасные) IV (малоопасные) V (неопасные) V (неопасные) V (неопасные) По результатам проведенного биотестирования установили, что ливнесточная вода имеет ориентировочно III - IV класс опасности, т.е. это умеренно опасные - малоопасные жидкие отходы. Ливнесточная вода, очищенная с помощью нетканого материала ориентировочно IV класса опасности - малоопасный жидкий отход. Вода, полученная с помощью глубокой очистки на АУ Каусорб-221 ориентировочно V, т.е. неопасный жидкий отход. В таблице 6 нами представлено ориентировочное установление класса опасности талой воды от автопарковки г. Москва (Измайловский бульвар). По данным таблицы 6 видно, что талая вода от автопарковки, талая вода от автопарковки 1:1, очищенная талая вода с помощью нетканого материала ПП и очищенная талая вода с помощью нетканого материала ПП 1:1 имеет ориентировочно IV класс опасности, т.е. это малоопасные жидкие отходы. В ходе проделанного эксперимента были получены данные по очистке и доочистке сточных вод от автопарковки. Очистка сточных вод от автопарковки после фильтрации на нетканом материале ПП-4 с глубокой очисткой на АУ Каусорб-221 эффективна по основному показателю нефтепродукты на 98%. Одним из значительных источников загрязнений водных объектов является поверхностный сток с территорий городов и промышленных предприятий. Проблема загрязнения водных объектов поверхностными стоками, зачастую, остается без внимания, и поэтому промышленно-ливневые сточные воды в большинстве случаев попадают в водные объекты без очистки, неся с собой большое количество органических, взвешенных веществ, нефтепродуктов, фенолов, соединений тяжелых металлов, биогенных элементов. Таблица 6 Ориентировочное установление класса опасности талой воды от автопарковки г. Москва Талая вода от автопарковки Талая вода от автопарковки 1:1 Очищенная талая вода с помощью нетканого материала ПП Очищенная талая вода с помощью нетканого материала ПП 1:1 % подавления роста корня 13 29 25 20 Класс опасности жидких и твердых отходов IV (малоопасные) IV (малоопасные) IV (малоопасные) IV (малоопасные) Очистка сточной воды заключается в ее обработке различными методами с целью разрушения и извлечения органических и минеральных веществ до степени, позволяющей сбрасывать такую воду в водотоки и водоемы или повторно использовать их в производственных и других целях. В нашей работе мы представили линию очистки талых и ливнесточных вод участка автопарковки на 100 машиномест в г. Москва. Провели органолептические и физико-химические анализы исходной и очищенной сточной воды от автопарковки. С помощью сертифицированной методики «ФитоТест» ориентировочно определили класс опасности отходов (сточной и очищенной воды). Результаты биотестирования ориентировочно указывают на невысокую токсичность очищенной воды (IV класс опасности). Учитывая полученные в ходе эксперимента данные, можно сделать вывод о целесообразности очистки сточных вод от автопарковок по предложенной технологической схеме.

About the authors

V. G. Sister

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: vgs001@mail.ru
Corresponding member of the Academy of Sciences, Dr.Eng., Prof.; +7 495 761-72-71, +7 903 141-98-90, +7 910 453-26-31

N. I. Mitashova

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: mitanieko@mail.ru
Ph.D.; +7 495 761-72-71, +7 903 141-98-90, +7 910 453-26-31

E. S. Koltsova

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

+7 495 761-72-71, +7 903 141-98-90, +7 910 453-26-31

References

Supplementary files