ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ  ОЧИСТКИ  СТОКОВ  АЗС

Козлов  Алексей  Сергеевич

студент  4  курса,  кафедра  промышленной  экологии  и  химии  КФ  МГТУ,  г.  Калуга

E-mail:  fn2kf@mail.ru

Шемель  Ирина  Геннадиевна

научный  руководитель,  ст.  преподаватель  КФ  МГТУ,  г.  Калуга

На  сегодняшний  день  Калужская  область  является  ведущим  российским  автокластером  в  состав  которого  входят  крупнейшие  мировые  производители  (VOLVO,  PSA  Peugeot-Citroen,  Volkswagen,  Mitsubishi  Motors)  —  7  авто-брендов,  25  моделей  автомобилей  и  сеть  крупнейших  производителей  автокомпонентов.  Предприятия  автокластера  концентрируются  на  территории  3  из  6  действующих  в  Калужской  области  индустриальных  парков  «Грабцево»,  «Калуга-Юг»,  «Индустриальный  парк  РОСВА»  общей  площадью  1370  га.

Сосредоточение  такого  количества  предприятий  по  производству  автомобилей  привели  к  тому,  что  год  от  года  количество  машин  на  улицах  города  Калуга  растет  огромными  темпами.  В  прямо  пропорциональной  зависимости  растет  и  количество  предприятий,  занимающихся  различным  автомобильным  сервисом,  АЗС.  Проблема  заключается  в  том,  что  постоянно  увеличивающееся  количество  точек  сервиса  требует  соблюдения  СЗЗ  и  соответствия  нормам  ПДК  на  сброс  в  водоемы  и  на  рельеф,  что  не  всегда  выполняется  [6—8].

Из-за  нехватки  гаражей  тысячи  индивидуальных  автомобилей  хранятся  на  открытых  площадках,  во  дворах  жилых  домой.  Положение  усугубляется  ещё  и  тем,  что  сеть  ремонтных  служб  для  автомобилей  личного  пользования  недостаточно  развита.  Это  вынуждает  их  владельцев  самостоятельно  производить  ремонт  и  техническое  обслуживание.  Вследствие  нехватки  моек  автолюбители  используют  берега  рек,  озер  или  прудов.  При  этом  учесть  вклад  в  загрязнение  окружающей  среды  практически  невозможно,  наказание  не  всегда  достижимо,  а  моральные  запреты  не  работают.

Другая  ситуация  обстоит  с  автозаправками,  поскольку  они  являются  постоянно  действующими  объектами  сервиса  и  подлежат  определенному  регулированию  и  контролю.  Современные  АЗС  строятся  с  учетом  принципиально  новой  планировки,  которая  обеспечивает  возможность  одновременной  заправки  на  топливораздаточных  колонках  и  значительно  расширяет  зону,  где  можно  дождаться  очереди  на  заправку,  не  загромождая  проезжую  часть  дороги.  Во  вновь  строящихся  АЗС  обязательно  устраивают  водопровод  и  канализацию,  предусматривают  также  сооружения  для  очистки  ливневых  вод.  Но  при  этом  отсутствует  четкое  разделение  зоны  ответственности  водопользователей,  поэтому  и  эффективность  очистки,  как  правило,  недостаточная.

Рассмотрим  эту  проблему  на  примере  АЗС  на  Правом  берегу  г.Калуги.  На  АЗС  установлены  следующие  источники  загрязнения  поверхностного  стока:  проливы  при  стекании  нефтепродуктов  со  стенок  заправочных  пистолетов  и  шлангов  бензовозов,  осаждение  и  вымывание  с  осадками  загрязняющих  веществ  из  атмосферы,  складирование  загрязненного  снега,  завоз  загрязняющих  веществ  на  колесах  автотранспорта.  При  последующем  загрязнении  геологической  среды  поверхностным  стоком  нужно  учитывать  два  вида  источников:  наземные  и  подземные  [4].  Наземные  —  инфильтрация  водорастворимых  нефтепродуктов  с  территории  через  незаасфальтированные  поверхности,  газоны,  трещины  в  покрытиях.  Подземные  утечки  из  внутриплощадочных  сетей  поверхностного  стока,  приемного  колодца. 

Изучение  аналитических  данных  техногенного  воздействия  АЗС  по  фактору  загрязнения  поверхностного  стока  показало:  загрязнение  является  многокомпонентным  (сложным  по  составу)  со  значительным  превышением  ПДК  по  ряду  нормируемых  показателей.  Основные  загрязняющие  вещества  в  стоках  с  территорий  этих  объектов  —  это  нефтепродукты  и  взвешенные  вещества.  Вред  нефтепродуктов  для  объектов  окружающей  среды  не  вызывает  сомнений.  Взвешенные  вещества  представляют  собой  не  растворимые  в  воде  загрязнения,  которые  состоят  из  частиц  глины,  песка,  ила,  суспендированных  органических  и  неорганических  веществ,  микроорганизмов  [2,  8],  и  на  первый  взгляд  не  являются  опасными.  Но  необходимо  учитывать,  что  концентрация  взвешенных  частиц  связана  с  сезонными  факторами,  с  режимом  стока  и  зависит  от  таяния  снега,  слагающих  рельеф  пород,  плотности  почв,  рельефа  местности,  плотности  застройки,  антропогенных  факторов.  Во  время  дождей  или  при  таянии  снега  смывы  с  территорий  (ливнесточные  воды)  вместе  с  водой  попадают  в  поверхностные  воды  или  в  почву.  Взвешенные  частицы  влияют  на  прозрачность  воды  и  на  проникновение  в  неё  света,  на  температуру,  окисление  растворённых  компонентов  поверхностных  вод,  адсорбцию  токсичных  веществ,  а  также  на  состав  и  распределение  отложений  и  на  скорость  осадкообразования.  Вода,  в  которой  содержится  большое  количество  взвешенных  частиц,  не  подходит  для  рекреационного  использования  по  эстетическим  соображениям  [1].

Исследование  поверхностных  стоков  затруднено  из-за  сложности  дифференцирования  стоков  конкретной  АЗС  и  сторонних  загрязнителей.  Так  в  непосредственной  близости  от  рассматриваемой  АЗС  находится  стоянка,  поэтому  определить  строго  индивидуальные  показатели  загрязнений  не  удалось.  По  результатам  ежемесячных  исследований  в  2012  г.  с  апреля  по  сентябрь  составлен  график,  который  приводится  ниже  (рис.  1).

Рисунок  1.  Результаты  исследований  загрязнений  поверхностного  стока  с  территории  АЗС

Неравномерность  загрязнений  и  их  зависимость  от  природных  осадков  очевидна.  Чтобы  предотвратить  загрязнение  природных  сред,  существует  обязательное  требование  очистки  загрязненных  сточных  вод  перед  их  сбросом  в  водные  объекты  и  на  рельеф  [3,  7].  Разработано  множество  вариантов  различных  установок  для  очистки  ливнесточных  вод,  в  которых  применяются  индивидуально  методы  отстаивания,  флотации,  коагуляционной  очистки.  Гораздо  более  эффективной  является  локальная  многокомпонентная  очистка.  В  последние  годы  большая  часть  установок  имеет  в  своем  составе  коалесцентный  и  сорбционный  блоки  [5,  9],  степень  очистки  в  которых  является  наиболее  высокой.

В  силу  неоднородности  состава  нефтесодержащих  сточных  вод,  необходимо  отрабатывать  индивидуальные  технологические  режимы  очистки  сточных  вод  для  объектов  определенных  местностей  или  направлений  деятельности. 

В  задачи  данного  исследования  входило  определение  эффективности  очистки  от  взвешенных  веществ  и  нефтепродуктов  сточной  воды  одного  из  предприятий  Мосальского  района  Калужской  области. 

Эксперимент  по  определению  многоступенчатой  очистки  нефтесодержащих  сточных  вод  был  выполнен  на  рабочей  модели  опытного  образца  установки  в  масштабе  1:4  (рис.  2). 

Поскольку  количество  взвесей  достаточно  сильно  зависит  от  внешних  климатических  условий  и  времени  года  (в  зависимости  от  сезона  принимается  дождь  —  400  и  талая  вода  —  2000  мг/л),  процесс  проводили  на  модельном  растворе  со  средней  концентрацией  1000  мг/л.  Установка  работала  в  режиме  очистки  сточной  воды  с  производительностью  1,5  л/с.

Заполнение  каждой  функциональной  части  установки  осуществлялось  материалами,  используемыми  в  реально  действующей  установке,  с  учетом  масштаба  макетного  образца.  Для  насыпного  фильтра  опробовали  промытый  кварцевый  песок  фракции  1—3  мм.  Слой  песка  располагали  на  каркасе,  затянутом  нержавеющей  сеткой.  Критериями  оценки  служили  эффективность  очистки  и  сопротивление  потоку  очищаемой  воды.  Экспериментально  установлено,  что  высота  насыпного  слоя  песка  должна  быть  40  см. 

Рисунок  2.  Схема  установки:  I  —  зона  отстаивания;  II  —  зона  коалесценции,  III  —  зона  контактного  осветления;  IV  —  зона  механической  фильтрации;  V  —  зона  сорбции

Наибольшее  внимание  уделялось  коалесцентному  фильтру  и  зоне  сорбции.  Коалесценция  есть  процесс  накопления  эмульгированных  частиц  нефтепродукта  на  поверхности  фильтра,  рост  агломератов  и  последующий  отрыв  их  от  поверхности  и  всплытие  вследствие  действия  гравитационных  и  архимедовых  сил.  Для  полноты  протекания  очистки  важно  правильно  выбрать  материал  и  конструкцию  фильтрующих  элементов.  Испытывали  олеофильный  материал  —  пластик  —  в  виде  волнистых  листов,  расстояние  между  листами  устанавливали  40,  50  и  60  мм.  Оптимальное  рабочее  расстояние  между  листами  составило  40  мм.

В  разрабатываемой  системе  очистки  предложено  реализовать  двухступенчатую  сорбционную  очистку.  В  качестве  материалов  для  сорбции  на  первой  ступени  испытывали  следующие  сорбционные  материалы,  выпускаемые  отечественной  промышленностью:

·минеральный  гидрофобизированный  сорбент  «С-верад»;

·пенополистирол  гранулированный  фракции  1—3  мм;

·мезопористый  ископаемый  уголь  МИУ-С1  фракции  2—5  мм. 

Необходимо  отметить,  что  минеральный  сорбент  «С-верад»  обладая  неплохими  сорбционными  свойствами,  очень  быстро  теряет  механическую  прочность,  что  затрудняет  операции  загрузки-выгрузки.  Наиболее  лучшими  интегральными  характеристиками,  по  нашему  мнению,  обладает  мезопористый  ископаемый  уголь  МИУ-С.  Однако  он  имеет  стоимость,  сопоставимую  со  стоимостью  угля  активированного.  Пенополистирол  гранулированный  показал  средние  эксплуатационные  характеристики,  но  его  использование  затрудняет  аспект  утилизации  отработанного  сорбента.  Исходя  из  вышеизложенного,  был  выбран  сорбент  МИУ-С.

В  качестве  основного  сорбционного  материала  на  второй  ступени  очистки  испытывали  уголь  активированный  марки  БАУ-К.  Это  активированный  уголь  с  размером  частиц  5—7  мм.  Высота  загрузки  сорбентов  составила  0,5  м.

При  отработке  технологических  режимов  проводились  химические  анализы  образцов  воды  на  всех  этапах  очистки.  Отбор  проб  проводили  из  патрубков,  находящихся  в  нижней  части  каждой  зоны.  Количество  воды  в  пробе  определялось  концентрационными  пределами  содержания  взвешенных  веществ,  отбиралось  по  3  пробы.

Содержание  взвешенных  веществ  проводилось  нами  самостоятельно  по  методике  [11].  Гравиметрический  метод  определения  взвешенных  веществ  основан  на  выделении  их  из  пробы  фильтрованием  воды  на  фильтр  и  взвешивании  осадка  на  фильтре  после  высушивания  его  до  постоянной  массы.  Использовали  в  качестве  фильтра  фильтровальную  бумагу  «красная  лента».  Процесс  фильтрования  пробы  через  фильтр  осуществляли  с  помощью  водоструйного  насоса.  Объем  отобранной  анализируемой  воды  выпаривали  на  водяной  бане,  высушивали  остаток  при  105—110°С  в  сушильном  шкафу  до  постоянной  массы,  охлаждали  в  эксикаторе  и  взвешивали  его.  Полученные  результаты  представлены  в  таблице  1.

Таблица  1.

Результаты  определения  содержания  взвешенных  веществ

Принято  оценивать  качество  очистки  сточных  вод  по  нормативам  для  водоемов  рыбохозяйственного  назначения.  На  выходе  концентрация  составила  не  более  6  мг/л,  что  соответствует  нормативам  качества  воды  водных  объектов  рыбохозяйственного  назначения  [10].  Эффективность  очистки  достигла  более  99  %.

Концентрация  нефтепродуктов  определялась  в  аттестованной  лаборатории  по  методике,  описанной  в  [12],  с  использованием  анализатора  «Флюорат-02».  Результаты  приведены  в  таблице  2.

Таблица  2.

Результаты  анализа  в  сертифицированной  лаборатории

Очистка  воды  от  нефтесодержащих  веществ  также  проведена  эффективно.  В  нормативных  документах  ПДК  нефти  и  нефтепродуктов  в  растворенном  и  эмульгированном  для  воды  рыбохозяйственных  водоемов  составляет  0,05  мг/л  [10],  следовательно,  требуемая  степень  очистки  обеспечена.

В  результате  проделанной  экспериментальной  работы  получены  данные  по  эффективности  работы  отдельных  блоков,  целесообразности  использования  различных  фильтрующих  и  сорбционных  материалов.  Предлагаемую  систему  очистки  нефтесодержащих  вод  от  взвешенных  частиц  и  нефтепродуктов  необходимо  признать  эффективной  и  перспективной  для  применения.

Список  литературы:

1.Беляев  А.Ю.  Геоэкологическая  роль  поверхностного  стока  при  строительстве  АЗС  в  городских  условиях:  автореф.  канд.  техн.  наук.  —  М.:МГСУ,2003.  —  26  с.

2.Беляев  А.Ю.  О  загрязнении  поверхностного  стока  территорий  автозаправочных  комплексов  //  Сборник  «Денисовские  чтения».  М.:  МГСУ,  2001.  —  Стр.  132—137. 

3.Временные  рекомендации  по  проектированию  сооружений  для  очистки  поверхностного  стока  с  территорий  промышленных  предприятий  и  расчета  условий  выпуска  его  в  водные  объекты.  —  М.:  ВНИИВОДГЕО,  1983.  —  46  с.

4.Казённов  С.М.,  Арбузов  А.И.,  Ковалевский  Ю.В.  Воздействие  объектов  нефтепродуктообеспечения  на  геологическую  среду  //  Геоэкология.  —  1998.  —  №  1.  —  Стр.  54—74. 

5.Козлов  С.А.,  Молодык  А.Д.,  Филиппов  М.М.  РФ  Патент  2374181  (2009).  Устройство  для  очистки  ливнесточных  вод  от  нефтепродуктов  и  взвешенных  веществ  /  Козлов  С.А.,  Молодык  А.Д.,  Филиппов  М.М.  (РФ).  —  4  с.

6.Козлов  Ю.С.,  Меньшова  В.П.,  Святкин  И.А.  Экологическая  безопасность  автомобильного  транспорта.  —  М.:  Агар:  Рандеву-АМ,  2000.  —  176  с.

7.Корагодин  В.Л.,  Молоков  М.В.  Отвод  поверхностных  вод  с  городской  территории.  —  М.:  Стройиздат,  1974.  —  210  стр.

8.Луканин  В.Н.,  Трофименко  Ю.В.  Промышленно-транспортная  экология:  Учебник  для  вузов.  —  М.:  Высшая  школа,  2001.  —  273  с.

9.Очистка  производственных  и  производственно-дождевых  нефтесодержащих  стоков  //  Сайт  компании  ООО  «НПП  Би-ТЭК»,  раздел  «Технологии»  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.bi-tec.ru/rus/know-how/oilwater/  (дата  обращения  12.02.2013).

10.ПДК  и  ОБУВ  вредных  веществ  для  воды  рыбохозяйственных  водоемов:  Дополнения  №  2,  3,  к  перечню,  утвержденному  приказом  Роскомрыболовства  №  100  от  28.06.95.  М.,  1998.

11.ПНД  Ф  14.1:2:4.128-98  (2012)  Методика  измерений  массовой  концентрации  нефтепродуктов  в  пробах  природных,  питьевых,  сточных  вод  на  анализаторе  жидкости  «Флюорат-02» 

12.ПНД  Ф  14.1:2:4.254-09  (2012)  Методика  измерений  массовых  концентраций  взвешенных  веществ  и  прокаленных  взвешенных  веществ  в  пробах  питьевых,  природных  и  сточных  вод  гравиметрическим  методом.