CLEANING OF OIL-CONTAINING WASTEWATER

Full Text

Сточные воды промышленных предприятий содержат большое количество органических загрязнений: углеводородные масла, растительные и животные жиры, поверхностно активные вещества и др. В частности, промышленные сточные воды пищевых производств, а также предприятия бытового обслуживания населения содержат до 20000 мг/л жира и других органических веществ [1]. Совместное присутствие вышеназванных загрязнений приводит к образованию устойчивой эмульсии. Жиры в сточных водах могут находиться в двух агрегатных состояниях - твердом, жидком и коллоидном. В зависимости от условий образования и состава сточных вод жиры могут быть в виде жировой фазы, образующей на поверхности жидкости пленку, диспергированных частиц в воде (эмульсия) и находиться в растворенном состоянии [2]. Наиболее часто в сточных водах наблюдается существование одновременно всех трех состояний жира, что значительно затрудняет определение его концентрации. Методы определения жира. В литературе [3, 4] описаны некоторые методы определения жира в сточных водах, которые основаны на экстракции жира органическими растворителями. Наиболее широко распространен гравиметрический метод с применением аппарата Соклета, где в качестве растворителя используют диэтиловый или петролейный эфир [5]. Гравиметрический анализ основан на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, полученных в результате аналитической реакции и выделенных в химически чистом состоянии или в виде соответствующих соединений. Методика рефрактометрического анализа основана на изменении показателя преломления жидкого анализируемого вещества (или его раствора). Луч света, проходя из одной прозрачной среды (воздух) в другую (жидкость), падая наклонно к поверхности раздела, меняет свое первоначальное направление, т. е. преломляется. Показатель преломления является характерной величиной для каждого индивидуального вещества и зависит от длины волны падающего света, давления и концентрации (если это раствор). В данном исследовании приведены результаты определения содержания жиров в модельном растворе с помощью фотометрического метода, основанного на изменении интенсивности света, прошедшего через раствор [6]. Это измерение проводится с помощью специальных оптических приборов - фотоколориметров. Часть светового потока, проходя через раствор, поглощается; прошедший через раствор световой поток, попадая на фотоэлемент, вызывает в нем электрический ток (фототок), сила которого измеряется гальванометром. Сила тока прямо А. О. Быстранова, С. Ю. Теплых, Е. А. Теплых 25 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 4 пропорциональна интенсивности падающего на фотоэлемент света (КФК-2МП УХЛ4.2). Изучение по литературным источникам вопроса очистки масложиросодержащих сточных вод масложировых предприятий показало, что наиболее широко применяемым локальным методом очистки является метод с применением различных реагентов [7, 8]. Экспериментальное исследование. В рамках проведенных исследований обработке подвергались производственные сточные воды, образующиеся на маслоэкстракционном заводе ЗАО «Самараагропромпереработка», г. Безенчук. Как показали результаты контроля, сточные воды предприятий масложировой промышленности мутные, серого цвета с хлопьевидной взвесью. Жир чаще всего присутствует в виде растительных масел, небольшие количества которых покрывают зеркало воды, затрудняя реаэрацию и растворение кислорода. Проходя по канализационным сетям, эти масла прилипают к стенкам канала, происходит слипание загрязнений, отчего уменьшается сечение потока [9]. Кроме этого, в сточных водах присутствуют органические кислоты и азотосодержащие вещества, которые после нейтрализации загнивают, образуя из разлагающихся белков и восстанавливающихся сульфатов сероводород. Показатели поступающих сточных вод по контролируемым показателям приведены в табл 1. На основании полученных данных был приготовлен модельный раствор. В качестве основного компонента было использовано растительное масло. В водопроводную воду, предварительно доведенную до температуры 40-60 С, вносили загрязнения в виде растительного масла, и, согласно определенным химическим показателям масла, рассчитывалась доза вводимого загрязнения. Затем модельный раствор охлаждали до температуры 20-22 С. Пользуясь предварительно построенным градуированным графиком, определяли концентрацию жиров в растворе (модельный раствор имеет концентрацию жиров, наиболее приближенную к концентрации стока). Одним из наиболее распространенных методов очистки производственных сточных вод является их очистка при использовании коагулянтов. Серия экспериментов по выбору оптимальной схемы реагентной обработки заключалась в подборе оптимальных марок коагулянтов и определении удельных расходов (доз) реагентов. Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является гетерокоагуляция - взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов [6]. Затем осуществляли подбор наиболее рационального введения коагулянта в очищаемую воду: 1. Раствор коагулянта добавляли к очищаемой воде непрерывно одной порцией. 2. Фракционированное коагулирование (дробный или частичный способ коагулирования) предусматривает добавление расчетного количества коагулянта к воде не одной, а двумя или несколькими последовательными порциями. Обработку воды разными последовательно добавляемыми коагулянтами можно также рассматривать как фракционированное коагулирование. Технологический эффект, достигаемый при фракционированном коагулировании, почти всегда объясняют с кинетической точки зрения - образованием в результате гидролиза первых порций коагулянта твердой фазы, выступающей в роли центров хлопьеобразования при гидролизе последующих порций коагулянта. Как известно, скорость налипания мелких частиц на крупные может в несколько раз превышать скорость взаимной коагуляции мелких частиц. Для каждой серии опытов был приготовлен 10 %-й реагентный раствор, который наливали в 6 цилиндров вместимостью 1000 мл: - с использованием сульфата алюминия Al2(SO4)3 дозу коагулянта варьировали в интервале от 100-400 мг/л (эффект очистки достигнут при 400 мг/л); - с использованием алюминия азотнокислого 9-водного AL(NO3)3*9H2O дозу коагулянта варьировали в интервале от 100-250 мг/л (эффект очистки достигнут при 200 мг/л); - с использованием гипохлорита натрия NaOCl дозу коагулянта варьировали в интервале от 100- 300 мг/л (эффект очистки достигнут на 250 мг/л). Содержимое всех цилиндров интенсивно перемешивали мешалками в течение 30-40 с, а затем в течение 3-5 мин пробу перемешивали медленно. Далее пробу оставляли для отстаивания на 60 мин, наблюдая за процессом хлопьеобразования. После Таблица 1 Показатели поступающих сточных вод маслоэкстракционного завода ЗАО «Самараагропромпереработка», г. Безенчук, мг/дм3 Наименование параметра Значения Взвешенные вещества 180±9,1 БПК 8,60±0,12 СПАВ 0,017±0,006 Нитра-ион 2,35±0,71 Аммоний-ион 3,63±0,76 Нитрит-ион 0,38±0,023 Фосфаты по фосфору 0,28±0,042 Хлорид-ион 950,08±39,70 Железо общее 0,78±0,23 Никель <0,08 Медь 0,0022±0,0012 Хром <0,01 Нефтепродукты 0,42±0,147 Фенол 0,002±0,001 Жиры 400,2±7,4 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 4 26 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ завершения отстаивания коагулируемой сточной воды из каждого цилиндра отбирали пробу воды по 100 мл из верхнего слоя, не взмучивая осадка. Учитывая физико-химические свойства веществ, используемых в качестве экстрагента, для проведения исследования был выбран растворитель хлороформ. Затем 100 мл модельного раствора помещали в делительную воронку, добавляли 15 мл экстракта (хлороформ) и встряхивали в течение 2-3 мин. После разделения слоев экстракта раствор сливали в цилиндр. Экстракт высушивали безводным сульфатом натрия. Используя фотоколориметр, определяли содержание жира в экстракте. Результаты измерений при введении раствора коагулянта непрерывно одной порцией приведены в табл 2. Результаты измерений при введении раствора коагулянта фракционированным способом показаны в табл 3. График для наглядного отображения очистки сточных вод различными реагентами показан на рис 2. При применении реагента алюминия азотнокислого 9-водного на стоке предприятия масложирового производства наблюдалась наиболее высокая эффективность очистки по жирам. Затраты на реагенты. Расчет себестоимости очистки сточных вод выполнен для условий локальной реагентной очистки сточных вод маслоэкстракционного завода. На предприятии ЗАО «Самараагропромпереработка» в сутки образуется 800 м3 сточных вод, в 2018 г. 365 рабочих дней, следовательно, необходимо очистить 292 000 м3/год или 292 000 000 л/год сточных вод. Опеределим количество реагентов и себестоимость процесса очистки на год работы очистных сооружений (табл. 4). Рис. 1. Калибровочный график определения жира Таблица 2 Содержание жира в экстракте после введения коагулянта непрерывно одной дозой Доза реагента (1 фракция), мл Сульфат алюминия Al2(SO4)3 Алюминий азотнокислый 9-водный AL(NO3)3*9H2O Гипохлорит натрия NaOCl Оптическая плотность Концентрация жиров, мг/л Оптическая плотность Концентрация жиров, мг/л Оптическая плотность Концентрация жиров, мг/л 100 Не определена, т.к. минимальная доза 150 мг/л 0,131 52,5 0,159 79,3 150 0,62 330 0,05 20 0,82 61 200 0,526 280 - - 0,1 48 250 0,42 230 - - - - 300 0,324 180 - - - - 350 0,16 90 - - - - 400 - - - - - - А. О. Быстранова, С. Ю. Теплых, Е. А. Теплых 27 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 4 Таблица 3 Содержание жира в экстракте при введении коагулянта фракционированным способом Сульфат алюминия Al2(SO4)3 Алюминий азотнокислый 9-водный AL(NO3)3*9H2O Гипохлорит натрия NaOCl Доза реагента (1 фракция), мл Доза реагента (2 фракция), мл Концентрация жиров, мг/л Доза реагента (1 фракция), мл Доза реагента (2 фракция), мл Концентрация жиров, мг/л Доза реагента (1 фракция), мл Доза реагента (2 фракция), мл Концентрация жиров, мг/л Не определена, т.к. минимальная доза 150 мг/л - 70 30 50 70 30 75 100 50 325 100 50 18 100 50 60 125 75 276 125 75 0 125 75 46 200 100 224 200 100 0 200 100 19 230 120 174 230 120 0 230 120 0 280 120 81 300 100 0 300 100 0 300 150 - 300 150 0 300 150 0 0 50 100 150 200 250 300 350 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00

About the authors

Anastasya O. BYSTRANOVA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

SvetlanaYu. Yur'evna TEPLYKH

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Evgeniy A. TEPLYKH

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files