Intensification of storm water treatment of wood transferring wood termination facilities

Full Text

Введение В настоящее время во всем мире, в том числе и в России, остро стоят проблемы загрязнений воздуха, почвы, воды[42]. Поверхностные сточные воды содержат органические загрязнения, которые загнивают и служат средой развития микроорганизмов, в том числе патогенных. Стоки деревообрабатывающей промышленности, в данном случае порт-пункта по перевалке технологической щепы, представляют угрозу для окружающей среды. В целях предотвращения опасности следует предусмотреть эффективную систему ливневой канализации. Современные природоохранные требования[43] обязывают предприятия обеспечить сбор и очистку поверхностного стока. Места расположения выпусков очищенных поверхностных стоков в акваторию судоходных морских объектов необходимо проектировать в соответствии с СП 350.1326000.2018[44] и согласовывать с органами местного управления, морского флота и надзорными организациями[45]. Основными загрязняющими компонентами поверхностного стока селитебных территорий являются взвешенные вещества, нефтепродукты и БПК [3], а к специфическим загрязнениям с площадки перевалки технологический щепы относятся вещества, вымываемые из древесины, которые попадают в категорию фенолов. Для очистки таких вод применяются механические, реагентные, электрохимические [4-6], а для глубокой доочистки ионообменные и сорбционные методы, в том числе с использованием современных модифицированных и нанокомпозитных материалов [7; 8]. В данном исследовании выполнен анализ эксплуатации разработанной авторами индивидуальной технологии сбора и очистки поверхностного стока причальных сооружений. Площадка расположена на техногеннообразованной территории порта с развитой сетью коммуникаций, в границах существующей санитарно-защитной зоне предприятия. Поверхность причала забетонирована и используется для погрузки-разгрузки морских судов, высота над уровнем моря ~ 2,0 м. В практике проектирования в большинстве случаев применяются насосные станции и очистные сооружения заглубленного типа заводского исполнения из полиэтилена или стеклопластика, которые монтируются к железобетонным плитам. Если такие сооружения размещаются в обводненном грунте, необходимо выполнить расчет на всплытие с целью предупреждения их выталкивания и предусмотреть специальные мероприятия при проведении работ, что ведет к удорожанию стоимости строительства. Цель исследования - разработка реагентного способа обработки вод с использованием природных материалов: морской воды, глинозема, известкового молока - и его конструктивное исполнение, обеспечивающее снижение нагрузки загрязняющих веществ на сорбционные фильтры при минимальных строительных и эксплуатационных затратах. Материалы и методы Физико-химический метод для очистки поверхностных вод применяется достаточно редко в связи с тем, что сооружения обработки вод преимущественно проточного типа и размещаются ниже уровня земли. А для размещения реагентного хозяйства необходим павильон. Высокой эффективностью удаления загрязняющих веществ обладает гидроксид магния и смешанные реагенты, в состав которых дополнительно включены кальций и калий [9; 10]. Известен реагентный метод использования морской воды, в состав которой входит значительное количество ионов магния и кальция в качестве коагулянта. Например, в способе очистки сточных вод [11] к сточным водам предприятий пищевой промышленности добавляется 25-35 % морской воды и производится обработка воды в электрофлотаторе. Для очистки сточных вод мокрой окорки древесины применяются соли алюминия, позволяющие снизить показатели загрязнений на 80-90 % [12]. Комбинированный метод очистки фенолсодержащих сточных вод, в основе которого лежит применение электрокоагуляционной обработки в постоянном электрическом поле и сорбции фенола на бентоните с концентрацией 0,1 %, временем отстаивания 3 ч, является наиболее эффективным при удалении фенолов. Для решения поставленных задач выполнены теоретические и экспериментальные исследования коагуляции на натурных сточных водах в лабораторных условиях по стандартным методикам с построением классической кривой Смолуховского. Результаты и их обсуждение При гидролизе глинозема образуется гидроксид алюминия, а выделяющаяся серная или соляная кислота нейтрализуется находящейся в сточной воде двууглекислой солью. При образовании гидроксида ион металла проходит через серию промежуточных соединений в результате реакции его с гидроксильными ионами и полимеризации. В зависимости от значения pH воды и ее ионного состава при гидролизе сульфата алюминия возможно образование монокомплексов: [Al(OH)2+], [Al2(OH)24+], [Al(OH)3], [Al6(OH)153+], [Al8(OH)204+], [Al(OH)4] и продуктов их полимеризации. Ионы кальция и магния из растворов осаждаются преимущественно содово-известковым и реже содово-каустическим методами. При добавлении к воде известкового молока на первом этапе происходит связывание растворенной в воде углекислоты, далее - устранение карбонатной жесткости: Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3↓ + Н2О; (1) Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = СаСО3↓ + Н2О. (2) Оптимальное значение pH для выпадения СаСО3 в осадок составляет 8,5-9,0. Сложнее обеспечить выделение бикарбоната магния Mg(HCO3)2. При значении pH < 10 происходит реакция Мg(НСО3)2 + Са(ОН)2 = МgСО3 + СаСО3↓ + Н2О. (3) Образующаяся соль MgCО3 обладает сравнительно высокой растворимостью. Чтобы обеспечить ее выделение, добавляют известь, повышая pH до 10,3-10,5. В процессе известкования протекают химические реакции с образованием труднорастворимых соединений СаCO3 и Mg(OH)2. В нашем случае помимо ионов металлов в сток вводится сульфат-ион SO42- морской воды и коагулята глинозема, который при известковании вступает в реакцию с ионами кальция при pH = 8,5-13 с образованием двухводного гипса CaSO4·2H2O, выпадающего в виде осадка. Эти соединения имеют в основном положительный заряд и легко адсорбируются на поверхности отрицательно заряженных коллоидных частиц, а золи гидроокиси металлов, преимущественно магния, кальция и алюминия, в момент формирования флокул способны притягивать к себе специфическое загрязнение - фенолят-ион С6Н5О, вымываемое из древесины. В нашем случае выпуск сточных вод располагается в причальной стенке морской акватории и ограничения по содержанию хлоридов стоках отсутствовали. В качестве основных коагулянтов использовались ионы магния и кальция морской воды. В качестве катализатора снижения порога их коагуляции с рН 11-12 до 9,6-9,8 применялся сульфат алюминия. Как видно из таблицы, группы загрязнений в различных фазово-дисперсных состояниях присутствовали в поверхностном стоке. Это связано с тем, что в порту осуществляется перевалка различного рода пиленой древесины, круглого леса и технологической щепы. Для каждого вида продукции существуют специализированные причалы. Основными загрязняющими компонентами поверхностного стока порта являются взвешенные вещества и нефтепродукты. Также присутствуют фенолы и специфические вещества, вымываемые из древесины, которые попадают в категорию БПК. Проведен ряд лабораторных экспериментов с различным процентным сочетанием содержания магния кальция и алюминия в композитном составе. Выявлено что оптимальное количество морской воды составляет 15 %, а доза сульфата алюминия по активному веществу - 32 мг/л. При рН 9,6-9,8 и избыточной щелочности 2 ммоль/л алюминий полностью выпадает в осадок, магний практически весь, а кальций частично, в зависимости от количества сульфат-ионов в растворе. После протекания коагуляции рН снижается до 0,5-0,8 единиц. На основе экспериментальных данных и [18] гидролиз, полимеризация и адсорбция протекают чрезвычайно быстро (до 1 с), далее происходит агломерация дестабилизированных частиц с образованием пространственной структуры, где на первом этапе происходит разрыв под собственным весом с образованием крупных хлопьев и затем процесс седиментации. Разработано инновационное конструктивное решение узла реагентной обработки (см. рис.), который включает три ввода реагента диффузор-конфузорной конструкции с последующим смешением с потоком воды и камеру коагуляции с загрузкой пенополистирольными кубиками. Так как скорость осаждения коагулированных хлопьев выше, чем необработанного стока, реконструкция отстойника с тонкослойными модулями не требуется. Исследование загрязняющих веществ № Наименование загрязняющего вещества Исходная концентрация загрязняющего вещества, мг/л Концентрации загрязнений, поступающие на доочистку Снижение нагрузки на сорбционные фильтры, % Существующая схема очистки, мг/л После реагентной обработки, мг/л 1 Взвешенные вещества 1168,65 231 15 99 2 Нефтепродукты 15,65 8,54 2,4 85 3 БПК20 46,96 38,44 5,14 89 4 Азот аммонийный 2,65 3,25 0,01 100 5 Фосфаты (Р) 1,088 5,21 0,01 99 6 Фенолы 0,06 0,02 0 100 Источник: составлено С.Б. Кунденок и В.Н. Волковой. Study of pollutants No. Name of the pollutant Initial concentration of the contaminant, mg/l Concentrations of pollutants entering the aftertreatment Reducing the load on sorption filters, % The existing purification scheme, mg/l After reagent treatment, mg/l 1 Suspended solids 1168.65 231 15 99 2 Petroleum products 15.65 8.54 2.4 85 3 BOC20 46.96 38.44 5.14 89 4 Аmmonium nitrogen 2.65 3.25 0.01 100 5 Phosphates (P) 1.088 5.21 0.01 99 6 Phenols 0.06 0.02 0 100 Source: compiled by S.B. Kundenok and V.N. Volkova. Сульфат алюминия Модернизация очистных сооружений: 1 - аккумулирующая емкость; 2 - погружной насос; 3 - камера коагуляции; 4 - очистные сооружения; 5 - приемный колодец осадка Источник: составлено С.Б. Кунденок. Modernization of wastewater treatment plants 1 - storage capacity; 2 - submersible pump; 3 - coagulation chamber; 4 - treatment facilities; 5 - sediment receiving well Source: compiled by S.B. Kundenok. Заключение Анализируя механизм протекания коагуляции: а именно формирование хлопьев одномоментно во всем объеме с образованием пространственной взаимосвязанной структуры из флокул, в состав которых входят ионы магния и кальция, связанные с ионом алюминия, можно сделать вывод, что реакция диссоциации сульфата алюминия является катализатором коагуляции магния и кальция при более низких значениях рН, чем в чистых растворах. Теоретически и экспериментально подтверждена высокая эффективность разработанной авторами технологии очистки вод на основе природных коагулянтов, что позволяет рекомендовать данное технологическое решение для широкого применения при разработке проектов и строительства новых и реконструкции существующих очистных сооружений. Использование морской воды для объектов, расположенных на морском побережье, не только уменьшает расход коагулянта, но и снижает распреснение водоемов.

About the authors

Svetlana B. Kundenok

Far Eastern Federal University

Email: 14sveta65@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2118-2718

Senior Lecturer, Polytechnic Institute

Russky Island, village Ajax 10, Vladivostok, 690922, Russian Federation

Vladislava N. Volkova

Far Eastern Federal University

Author for correspondence.
Email: vladavibi@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-9078-9858

PhD in Technical Sciences, Senior Lecturer, Polytechnic Institute

Russky Island, village Ajax 10, Vladivostok, 690922, Russian Federation

References

Supplementary files