Глава 10 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ МОРЯ С СУДОВ
10.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ
10.1.1. Характеристика нефтесодержащих вод и методы их очистки
К нефтесодержащим водам, подлежащим очистке, относятся льяльные,
балластные и промывочные воды. Для выбора метода очистки необходимо
знать их состав [ 46, 51, 66].
Льяльная вода состоит из мелкодисперсной эмульсии, в которую входят
топливо, масло, механические примеси и ПАВ. Содержание нефти в льяльной
воде колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов. Опыт
работы береговых станций по очистке льяльно-балластных вод показывает,
что среднегодовое содержание нефти доходит до 5 %. Высокое содержание
нефти объясняется тем, что многие нефтеводяные сепараторы на судах
ранней постройки не обеспечивают требуемую степень очистки вод.
Состав нефтепродуктов, содержащихся в льяльных водах, зависит от
используемых на судах видов топлив. В эмульсии льяльных вод обычно
содержится до 50 % частиц нефтепродуктов размерами до 10 мкм, 25 % — до
30 мкм и остальные имеют размеры от 30 до 200 мкм. Для того чтобы
капельки нефти всплыли, ее диаметр должен быть более 200 мкм. Применение
нефтяных топлив, плотность которых колеблется в пределах 0,83 ... 0,97
г/см3, затрудняет очистку вод.
Содержащиеся в льяльной воде взвешенные вещества являются олео-фильными,
поэтому хорошо адсорбируют нефть. Осаждаясь на фильтрах и коалесцирующих
элементах сепараторов, они требуют частой их промывки или замены. ПАВ
затрудняет процесс разделения эмульсии. В льяла машинного отделения ПАВ
поступают вместе с тяжелыми топливами и в результате слива используемых
в процессе водообработки химических препаратов.
Специальными исследованиями было установлено влияние различных марок ГСМ
и химических препаратов, используемых на судах, на изменение содержания
ПАВ (детергентов) в льяльных водах. Нефтеводяные смеси приготовлялись из
различных горюче-смазочных материалов с постоянной концентрацией (33
тыс. мг/л), которые чаще встречаются в судовых льяльных водах. Для
определения влияния других химических препаратов готовились смеси с
концентрацией 0,1 или 1 %. Результаты анализов представлены в табл.
10.1. Наибольшее влияние на содержание детергентов оказывают моторные
масла, мазут, присадки к охлаждающей воде и жидкое мыло. Эти вещества
целесообразно не смешивать с льяльными водами, а сливать их в отдельные
емкости. Если это невозможно, то для нейтрали-зации влияния ПАВ
необходимо применять деэмульгаторы. Судовые балластные и промывочные
воды имеют примерно тот же состав, что и льяль-ные воды, но меньшую
концентрацию элементов.
В настоящее время для очистки нефтесодержащих вод используются следующие
методы: гравитационный, коалесценции, коагуляции, флотации, фильтрации и
другие.
Гравитационный метод. Сущность метода заключается в разделении нефти и
воды, основанном на разности их плотности. Механизм разрушения эмульсии
можно разбить на три стадии: столкновение глобул нефтепродуктов, слияние
их в более крупные капли, выделение в виде сплошной фазы.
Подогрев нефтеводяной смеси способствует разделению
эмульсии за счет интенсификации движения капелек нефти и их укрупнения
путем слияния, а также возрастания разности плотностей воды и нефти.
Последнее объясняется тем, что при подогреве плотность воды почти не
изменяется, тогда как у нефтепродуктов уменьшается значительно.
Оптимальная температура подогрева нефтеводяной смеси составляет 30
...45° С.
Гравитационный метод эффективен для удаления основной массы нефти из
смеси. Вместе с тем метод длителен (время динамического от-стоя должно
быть в пределах 2 ... 3 ч), получить нефтесодержание в стоке менее 100
мг/л не всегда удается, поэтому его применяют в комбинации с другими для
первичной очистки смеси. Разновидностью гравитационного метода является
центробежная очистка нефтесодержащих вод.
Метод коалесценции. В основе метода лежит способность капелек нефти,
находящихся в мелкодисперсном состоянии, укрупняться за счет пропускания
нефтеводяной смеси через материалы с малыми проходными сечениями (типа
капилляров), которые не смачиваются водой, но хорошо удерживают нефть,
т.е. обладают гидрофобными и олеофильными свойствами. Укрупнение капель
нефти на коалесцирующем материале происходит до тех пор, пока подъемная
сила капель не будет достаточной для отрыва от поверхности коалесценции
и всплытия. Экспериментально установлено, что оптимальная скорость
пропускания нефтеводяной смеси через коалесцирующий материал составляет
0,0015 ... 0,003 м/с. Чем ниже скорость смеси, тем выше эффективность
очистки, но в этом случае значительно возрастают габариты коалесцирующих
элементов, что для судовых условий неприемлемо. В качестве
коалесцирующих могут использоваться гранулированные (песок, полистирол),
эластичные с открытыми порами (полиуретановая губка, поролон) и
волокнистые (полипропиленовые волокна) материалы, при этом последние
получили наибольшее распространение. Менее чувствительны к засорению
эластичные материалы типа поролон. Данный метод применяется в качестве
вторичного для очистки нефтеводяных смесей.
Метод коагуляции. Сущность метода заключается в укрупнении капель
нефтепродуктов с помощью специальных химических материалов —
коагулянтов. Такими веществами служат сернокислый алюминий, сернокислое
железо, гашеная известь, хлористый кальций, смесь сернокислой закиси
железа с гашеной известью и др. В результате действия реагентов на
нефтеводяную смесь капельки нефти укрупняются и в зависимости от вида
применяемого коагулянта либо всплывают, либо опускаются на дно и вместе
с хлопьями реагента образуют осадок. Использование в качестве коагулянта
гашеной извести в количестве 0,2 ... 0,7 мг на 1 мг нефти позволяет
достичь степени очистки, при которой остаточное содержание нефти
составляет до 10 ... 15 мг/л, а при увеличении дозы извести оно может
быть снижено до 2 мг/л. Данный метод может использоваться в качестве
вторичного, когда основная масса нефти из воды извлечена.
Метод флотации. Сущность метода заключается в извлечении пузырьками
воздуха (газа) диспергированных в воде частиц, прилипающих к пузырькам
во время столкновений в процессе пропускания воздуха (газа) через смесь.
Эффективность флотации эмульгированных в воде нефтепродуктов обусловлена
тем, что капельки нефти, прилипая к поверхности пузырьков воздуха, резко
увеличивают скорость всплытия (у пузырьков воздуха скорость всплытия в
900 раз выше, чем у капелек нефти).
Существует несколько способов насыщения воды пузырьками воздуха (газа):
подача воздуха во всасывающую трубу насоса, когда после создания
давления оно резко падает (напорная флотация), выделение газов из
раствора (электрофлотация), подача и диспергирование воздуха в
разреженное пространство, создаваемое крылаткой (импеллярная флотация).
Метод фильтрации. В основе метода лежит способность некоторых материалов
свободно пропускать воду и задерживать на своей поверхности нефть до
определенного момента времени, когда сила притяжения новых капелек нефти
с фильтрующим материалом становится недостаточной и нефть уносится
потоком смеси. После этого фильтрующий материал подлежит регенерации
(очистке) либо замене.
В судовых установках наибольшее распространение получили методы
гравитационный, коалесценции и фильтрации.
В настоящее время ведутся опытные работы по очистке судовых
нефтесодержащих вод электролитическим и биологическим методами.
Электролитический метод основан на использовании явлений, происходящих
при электролизе воды, а биологический — на способности некоторых
микроорганизмов поглощать углеводороды, являющиеся для них пищей.