Очистка ливневых вод с территории АЗС Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

В порядке эксперимента мы публикуем статью из портфеля редакции бумажного журнала «ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», который начал издаваться в Перми, но затем, в силу финансовых трудностей, его издание затормозилось. Статья прошла рецезирование в редакции этого журнала. По всем вопросам связанным с содержанием этой статьи можно обращаться к Борису Семеновичу Баталину по адресу borisb@mai1.perm.ru

ОЧИСТКА ЛИВНЕВЫХ ВОД С ТЕРРИТОРИИ АЗС Ковалев М.П., Зубов А.В.

Пермский государственный технический университет

Научно-технический прогресс и рост производительных сил человечества, помимо повышения уровня жизни людей, несут с собой серьезную проблему -разрушение окружающей природной среды, которое выражается как в прямом ее разрушении, так и в привнесении в нее инородных веществ. Среди основных причин, усугубляющих негативное состояние экологии в России, а также и во всем мире, необходимо отметить процесс урбанизации - увеличение количества и площади городов.

Для того, чтобы защитить окружающую природную среду, как в черте города, так и за его пределами, сейчас, как никогда, важны разработка и внедрение новых технологий и процессов, направленных на сохранение и улучшение экологической обстановки в городах. Другим важным фактором, заставляющим обратить внимание на экологию городов, является то, что ухудшение экологической обстановки неотвратимо и отрицательно скажется на здоровье населения, проживающего в городах и их окрестностях.

Как правило, среди основных причин, ухудшающих экологическую обстановку в городе, называют выбросы с промышленных предприятий, выхлопные газы автомобилей, рост городских свалок. При этом недостаточно внимания уделяется такому серьезному источнику загрязнения водоемов, как ливневые и талые воды, стекающие с территории городов.

Как известно, ливневые воды с территории города собираются в систему ливневой канализации, откуда, после грубой механической очистки, сбрасываются в водоемы. Учитывая, что состав загрязнений ливневых вод весьма разнообразен и среди вредных веществ, присутствующих в таких водах, помимо взвешенных, можно обнаружить практически все продукты производственной и бытовой деятельности человека, одна только механическая очистка, предназначенная для выделения из воды преимущественно грубодисперсных примесей, не обеспечивает глубокого извлечения из воды растворенных минеральных и органических соединений [1].

Особую опасность для экологии городов представляют ливневые воды с площади поверхности отдельных объектов, территория (или воздух над территорией) которых имеют повышенный фон химического или бактериального загрязнения. Поэтому, ливневые воды, собранные с территории объектов, потенциально опасных в экологическом отношении, целесообразно подвергать локальной глубокой очистке, с целью улучшения их качества до показателей, допускающих сброс в ливневую канализацию, а также в близлежащие водоемы или на рельеф местности без ущерба для окружающей среды.

К числу таких объектов относятся автозаправочные станции (АЗС), которые в большом количестве размещены на территории современных городов. Обострение экологической ситуации в крупных промышленных центрах, а также ужесточение требований государственных органов санитарного надзора относительно показателей качества сточных вод, сбрасываемых в ливневую канализацию и в водоемы, приводят к необходимости решения вопроса об очистке ливневых вод, собранных с территории автозаправочных станций.

Характерными особенностями таких вод, являются:

- незначительный объем, ограниченный размерами территории АЗС;

- большая неравномерность образования, зависящая от периодичности выпадения атмосферных осадков;

- повышенное содержание в воде взвешенных веществ, нефтепродуктов, масел и других органических веществ, оцениваемых показателем БПК.

Как правило, территория АЗС занимает площадь 0,2-0,5 га. Расчетный объем дождевых вод, с такой площади, для Европейской части России составляет 10-15 м от одного дождя. Содержание взвешенных веществ в ливневых и талых водах, стекающих с территории АЗС, по данным многолетних наблюдений составляет 800-1200 мг/л, нефтепродуктов - 50-100 мг/л, величина биохимической потребности в кислороде (БПК) колеблется в пределах 20-50 мг 02/л.

Анализ состава таких вод показывает, что для обеспечения высокой степени очистки, допускающей их дальнейший сброс в канализацию, в водоемы или на рельеф местности, помимо методов механической обработки, включающей отстаивание или флотацию с последующей фильтрацией через пористые материалы, необходим эффективный и надежный метод удаления из очищаемой воды растворенных органических соединений, в том числе нефтепродуктов. В этих условиях возникает необходимость применения физико-химических, и, в частности, сорбционных методов очистки воды [2].

Целесообразность использования сорбционных методов очистки воды для решения этой проблемы обусловлена тем, что с их помощью из воды удаляется большинство веществ-загрязнителей практически до любых остаточных концентраций, независимо от их химической и биохимической устойчивости и

без внесения в очищенную воду вторичных примесей. При этом из воды полностью извлекаются растворенные недиссоциированные соединения, то есть те, которые менее эффективно удаляются иными химическими и физико-химическими методами.

Для сорбционной очистки воды используют множество материалов естественного и искусственного происхождения, в основном активные угли. Однако, несмотря на очевидные достоинства этих материалов, их применение для глубокого извлечения из воды растворенных органических соединений ограничено необходимостью создания достаточно большой высоты слоя фильтрации. Это объясняется своеобразием пористой структуры активных углей, значительную часть которой составляют мезо- и макропоры, лимитирующие скорость диффузии молекул сорбата внутри зерна сорбента. Поэтому такие сорбенты наиболее эффективно используются для очистки больших расходов воды в адсорберах с большой площадью и высотой слоя фильтрации при относительно невысоких требованиях к очищенной воде. Учитывая, что количество ливневых вод, образующихся на территории АЗС, невелико, устройство громоздких адсорберов с загрузкой из активных углей становится экономически нецелесообразным.

В настоящее время разрабатываются и внедряются новые сорбционные материалы, обладающие значительной проницаемостью, развитой поверхностью, высокой сорбционной емкостью и скоростью извлечения примесей из водных растворов. К таким материалам, в частности, относятся углеродные волокнистые сорбенты (УВС), производство которых основано на спекании и активации целлюлозного химического волокна специальным методом [3]. По химическому составу они аналогичны активным углям, но имеют ряд преимуществ, связанных с удобной физической формой и значительно большей величиной удельной поверхности, обеспечивающей более высокую кинетику сорбции и десорбции, чем зернистые сорбенты. УВС не обладают токсичными, раздражающими и аллергическими свойствами, что обуславливает их широкое применение для доочистки питьевой воды. Волокнистая форма дает возможность получения этих сорбентов в виде различных текстильных материалов и нетканых структур с незначительным гидравлическим сопротивлением, что, в частности, обеспечивает надежную работу в тонких слоях при больших нагрузках.

Сравнение характеристик углеродных волокнистых сорбентов и некоторых марок отечественных активных углей, наиболее часто применяемых для очистки воды, показывают, что УВС обладают не только высокой кинетикой сорбции, но и имеют более развитую микропористую структуру и больший объем адсорбционного пространства, чем традиционные активные угли. Результаты экспериментальных исследований и промышленных испытаний, проведенных в ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО и на кафедре «Водоснабжение и канализация» Пермского ГТУ, показали высокую эффективность

использования УВС для глубокой очистки воды от органических загрязнений, используемой как в питьевых целях, так и в технологических процессах, предъявляющих высокие требования к качеству воды.

Проведенные исследования показали также принципиальную возможность использования УВС для глубокой очистки сточных вод от растворенных нефтепродуктов, масел и других органических соединений до предельно низких концентраций.

На основании полученных данных сотрудниками кафедры ВиК ПермГТУ была разработана технология и выполнен проект сооружений очистки дождевых вод, собранных с территории АЗС, с использованием новейших фильтрующих материалов, разработанных и опробованных отечественной промышленностью, и обеспечивающих уменьшение габаритов и стоимости очистных сооружений*. Предложенные проектом решения позволяют очистить дождевые воды до таких показателей качества, которые позволяют сбрасывать их в водоемы рыбохозяйственного назначения, а компактность предлагаемых проектом сооружений дает возможность размещать их на минимально необходимых площадях и высоте.

Учитывая периодический характер дождей, проектом предусмотрено устройство аккумулирующей емкости и дальнейшая непрерывная очистка ливневых вод с расходом 2 м /час.

Расчетный состав ливневых вод принят согласно статистическим данным и имеет следующие показатели: взвешенные вещества - 1000 мг/л; нефтепродукты - 70 мг/л; БПК - 30 мг/л.

В основу проекта были положены следующие технические решения.

Дождевые воды, собранные с территории АЗС, проходят очистку в три стадии: - отстаивание, очистка на механическом фильтре, двухступенчатая сорбционная доочистка.

Первой ступенью очистки является предусмотренная проектом аккумулирующая емкость объемом 1 8 м , которая, выполняя роль сборника и накопителя дождевых вод, одновременно является отстойником, обеспечивающим удаление из очищаемой воды грубодисперсных примесей песка и нефти. При этом, минимальная гидравлическая крупность задерживаемых частиц осадка составляет 0,04 мм/с, эффект очистки - 94 %, концентрация взвешенных веществ на выходе из отстойника - 60 мг/л, а минимальный размер всплывающих нефтяных частиц - 43 мкм. С учетом данных распределения нефтепродуктов по крупности, эффективность их задержания в отстойнике составляет 98,4 %, а концентрация на выходе из отстойника около 1 ,2 мг/л.

В качестве второй ступени очистки проектом предусмотрено применение механического фильтра, фильтрующий элемент которого выполнен из металлической сетки и обеспечивает очистку воды от взвешенных частиц минерального происхождения крупностью более 80 мкм. Регенерация фильтрующего элемента осуществляется путем промывки. С учетом качества

очищаемой воды, фильтр обеспечивает снижение концентрации взвешенных веществ в сточной воде до 10 мг\л.

После очистки от механических и нерастворенных примесей сточные воды, с содержанием взвешенных веществ 10 мг\л и нефтепродуктов 1,2 мг\л, поступают на двухступенчатую сорбционную доочистку.

На первой ступени доочистки воды проектом предусмотрена установка фильтров «Комби» патронного типа, снаряженных углеродным волокнистым материалом марки КНМ [4]. Высокие сорбционные характеристики материала позволяют снизить концентрацию нефтепродуктов в очищаемой воде до 0,1-0,3 мг/л, а волокнистая структура материала обеспечивает снижение концентрации взвешенных веществ до 3-5 мг/л.

Для более глубокой очистки ливневых вод, предназначенных к сбросу в водоем рыбохозяйственного назначения, проектом предусматривается устройство второй ступени сорбционных фильтров аналогичной конструкции, снаряженных активированными углеродными волокнистыми материалами АНМ и АУТ и обеспечивающих доочистку воды от нефтепродуктов до концентрации 0,03-0,05 мг/л. 1

Очистные сооружения размещаются в отдельном отапливаемом помещении площадью 9 м ; в том числе площадь, занимаемая фильтрами глубокой доочистки, составляет 1,2 м2.

Проект одобрен и согласован с органами государственного санитарно-эпидемиологического надзора городов Москва и Пермь. Очистные сооружения в настоящее время успешно эксплуатируются на более чем 40 автозаправочных станциях г. Москвы и Московской области и на 2 АЗС г. Перми.

Основными достоинствами проекта, выгодно отличающими его от аналогичных систем очистки воды, являются малая занимаемая площадь, простота эксплуатации и относительно низкие строительные и эксплуатационные затраты. Эти достоинства проекта во многом определены использованием фильтров глубокой доочистки воды с применением в качестве фильтрующей загрузки углеродных волокнистых сорбентов, находящих, в последнее время, все большее распространение не только в нашей стране, но и за ее пределами.

1 В разработке проекта активное участие принимали сотрудники кафедры ВиК ПГТУ

к.т.н. Новиков С.В., и к.т.н. Кудрин С.А.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ковалев М.П., Кудрин С.А., Зубов А.В. Качественные характеристики ливневых вод автомобильных заправочных станций. // Строительство и образование.: Сб. научн. тр. - Екатеринбург, УГТУ, № 3, С 189-192.

2. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды. - Л.: Химия, 1982. - 168 с., ил.

3. Фридман Л.И., Гребенников С.Ф. Теоретические аспекты получения и применения углеродных волокнистых адсорбентов.// Хим. волокна.-1990.-№6.-С 10-13.

4. Патент 2055631 РФ. МПК 5В01Д 25/26. Фильтр. Авт. В.И. Быковский, М.П. Ковалев, Ю.Г. Кряжев и др. Опубл. 10.03.96. Бюл. № 7.