Экологические проблемы эксплуатации установок мойки автомобилей и пути их решения

Аннотация

Дан краткий анализ проблем, связанных с использованием воды в системах мойки автомобилей, отведением и очисткой образующихся сточных вод. Основными компонентами сточных вод автомоек являются взвешенные вещества, нефтепродукты и синтетические поверхностно-активные вещества. Для эффективной очистки сточных вод, обеспечивающей качество очищенной воды, удовлетворяющей требованиям использования ее в оборотных системах, а также для сброса в канализационные сети, водоемы или на рельеф необходимо применение комплекса методов, в том числе коагуляции, флотации, озонирования и сорбции. Предложена принципиальная базовая технологическая схема использования, очистки и отведения сточных вод автомоек, обеспечивающая качество воды, удовлетворяющее нормативным требованиям

Ключевые слова:

озонирование , моющие средства , неионогенные и анионные синтетические поверхностно-активные вещества , нефтепродукты , очистка сточных вод , коагуляция , флотация , сорбция

Скачать статью в журнальной верстке PDF

В последние годы во всех регионах России возросло количество автомобильного транспорта, в том числе легкового. Соответственно увеличивается число автозаправочных станций и предприятий сервисного обслуживания, в том числе установок мойки машин. Для мойки автомобилей используются специальные моющие средства – шампуни, как правило, импортного производства, основными компонентами которых являются анионные и неионогенные синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ).

В процессе мойки автомобилей образуются сточные воды, содержащие взвешенные вещества, масла, нефтепродукты, компоненты моющих средств, в том числе СПАВ. С целью предотвращения загрязнения окружающей среды системы мойки автомобилей оснащаются установками механической очистки сточных вод, которые предусматривают использование воды в оборотном цикле. Такие установки позволяют удалять из сточных вод основную массу взвешенных веществ, масел и нефтепродуктов, но не обеспечивают очистку от СПАВ. Последние накапливаются в оборотных системах, что затрудняет их эксплуатацию, снижает эффективность очистки оборотной воды от механических примесей и нефтепродуктов; вода в оборотной системе «загнивает», приобретая неприятный запах.

Для обеспечения эффективной работы оборотных систем водоснабжения возникает необходимость сброса части оборотной воды в канализацию. При этом в системы канализации населенных пунктов может поступать значительное количество СПАВ, в том числе повышенной жесткости. Учитывая, что автомойки зачастую располагаются в местах, не имеющих канализационных сетей, продувочные воды из систем могут отводиться на рельеф. В этих случаях к качеству сбрасываемых вод предъявляются требования по остаточным концентрациям загрязняющих веществ на уровне ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения: нефтепродукты ≤ 0,05 мг/л; анионные СПАВ типа сульфонолов ≤ 0,1–0,5 мг/л; неионогенные СПАВ типа синтанолов и синтамида ≤ 0,0005–0,1 мг/л [1; 2]. Очистка сточных вод до таких концентраций СПАВ весьма сложна и требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат.

Вместе с тем для использования воды в оборотных системах мойки автомобилей нет необходимости в столь глубоком удалении СПАВ: концентрации их в оборотной воде могут быть более высокими. При этом упрощаются технологические схемы очистки сточных вод, и затраты могут быть более низкими.

ОАО «НИИ ВОДГЕО» и производитель установок для мойки автомобилей и систем водоснабжения с механической очисткой оборотных вод ООО «ГОЛБЕРГ» провели совместные исследования по определению химического состава некоторых моющих средств, используемых для мойки автомобилей, состава сточных вод [3; 4] и разработке базовой технологической схемы их очистки, обеспечивающей беспродувочный режим эксплуатации, а также возможность сброса части воды из системы на рельеф. Такая схема должна предусматривать очистку воды не только от взвешенных веществ и нефтепродуктов, но и от СПАВ. При выполнении работ был изучен химический состав пяти образцов моющих средств: «КЛИНГАРД 0,1», «DLS-150», «Dimer», «Cеda-зима», «DELSI» (таблица).

В Москве и Московской области на автомойках используются и другие моющие средства (было обследовано 6 установок), состав которых авторами не изучался. На некоторых установках имеются оборотные системы с многократным использованием воды; на других мойка машин производится по прямоточной схеме водопроводной водой, при этом все сточные воды отводятся в городскую канализацию. При работе установок на прямотоке производится предварительный обмыв автомашин водопроводной водой, обработка их разбавленным (1:15–1:30) раствором моющих средств и последующий обмыв свежей водой. Моющее средство подается в видепены из генератора. Вода и смываемые моющие средства стекают в трапы, из которых направляются в отстойник и далее сбрасываются в канализацию.

На установках, оснащенных оборотными системами, для предварительного обмыва и последующего смыва пены используется очищенная сточная вода из оборотной системы. Вся вода от мойки машин поступает в трапы и далее в трехсекционный отстойник. Из отстойника вода насосом подается последовательно в гравийно-песчаный и катриджный фильтры и затем в бак-накопитель оборотной воды, откуда поступает на систему мойки. Перед баком в воду вводится нейтрализатор на основе Н₂О₂ для дезинфекции и устранения запаха.

Нормы расхода моющего средства на автомашину – 100–150 г разбавленного 1:3 раствора (25–37,5 г); оборотной воды – 100–120 л (до 150 л). Часть воды из оборотной системы постоянно отводится, и пополняется свежей водой из водопровода. При указанных нормах расхода моющих средств и воды на одну автомашину их расчетная концентрация в воде, после ее однократного использования должна составлять ~ 0,25–0,31 г/л, а суммарная концентрация СПАВ в зависимости от моющего средства – 15–90 мг/л.

03_11_tabl_01

Анализы проб сточных вод и воды из оборотных систем некоторых автомоек Москвы и Московской области [3; 4] показали, что при работе установок мойки на прямотоке суммарное содержание СПАВ в сточных водах составляет 12–23 мг/л. При многократном использовании воды в оборотных системах происходит накопление в ней СПАВ, концентрация их достигает 40–240 мг/л, ХПК до 1150 мг/л, нефтепродуктов до 10 мг/л, сухой остаток до 1120 мг/л. В зависимости от используемых моющих средств СПАВ в сточных и оборотных водах представлены либо только анионными, либо только неионогенными, либо их смесями в различных соотношениях.

Согласно «Правилам приема производственных сточных вод в московскую городскую канализацию», сточные воды с такими показателями (ПДК биологически окисляемых СПАВ ≤ 2,5 мг/л, нефтепродуктов ≤ 4 мг/л) не могут сбрасываться в городские канализационные сети и тем более в водоемы или на рельеф и подлежат глубокой очистке от взвешенных веществ, нефтепродуктов и СПАВ.

Эксплуатация оборотных систем автомоек при накоплении СПАВ и других загрязняющих примесей до таких концентраций также, по-видимому, невозможна по санитарно-техническим показателям оборотной воды. В соответствии с МУ 2.1.5.1183-03 [5], качество воды открытых систем технического водоснабжения должно отвечать следующим требованиям: запах ≤ 2 балла; окраска ≤ 10 см (в столбике воды); взвешенные вещества ≤ 3 мг/л; БПК₅ ≤ 3 мг/л; ХПК ≤ 30 мг/л. Исходя из этих требований и при наличии в составе автомоек оборотных систем оборотная вода также должна подвергаться глубокой очистке от СПАВ, взвешенных веществ, нефтепродуктов и др. Эффективная очистка сточных вод от указанных компонентов может достигаться только при применении комплекса методов: коагуляция, окисление СПАВ, адсорбция.

С целью разработки базовой технологической схемы очистки сточных вод автомоек в ОАО «НИИ ВОДГЕО» проведены испытания различных технологий удаления СПАВ и других загрязняющих примесей из модельных растворов моющих средств, состав которых приведен в таблице, а также из натурных сточных вод некоторых автомоек. Обработка озоном [6; 7] модельных растворов моющих средств (при их разбавлении 1:2000–1:8000) с исходным содержанием СПАВ 20–45 мг/л показала, что они обладают различной устойчивостью к деструкции озоном. При наличии в моющих средствах только неионогенных СПАВ более эффективно, на 98–99% до остаточных концентраций < 0,2–0,4 мг/л (при С_исх ~ 20 мг/л) окисляются СПАВ, присутствующие в моющем средстве «КЛИНГАРД». Удельный расход озона на 1 мг окисленных неионогенных СПАВ с учетом расхода на деструкцию других веществ, присутствующих в моющем средстве, составляет 3,3–4,3 мг в зависимости от исходного рН озонируемых растворов.

Неионогенные СПАВ, содержащиеся в образце моющего средства «Ceda-зима», менее эффективно подвергаются деструкции. Степень их удаления при озонировании в оптимальных условиях составляет до 85% при остаточных концентрациях ~ 4 мг/л (при С_исх ~ 25 мг/л). Удельный расход озона на 1 мг окисленных СПАВ, с учетом потребления его на окисление других веществ составляет 2–5 мг в зависимости от рН.

При наличии в образцах моющего средства смеси анионных и неионогенных СПАВ более эффективно подвергаются деструкции СПАВ, присутствующие в моющем средстве «Dimer». Анионные СПАВ из этого моющего средства при озонировании удаляются на 97–98% до остаточных концентраций 0,4–0,45 мг/л С_исх ~ 20 мг/л) независимо от величины рН; неионогенные СПАВ удаляются менее эффективно – на 83–85%, до остаточных концентраций 3,5–4,2 мг/л (С_исх ~ 25 мг/л). Эффективность деструкции по сумме анионных и неионогенных СПАВ составляет 90–91%. Удельный расход озона зависит от величины рН и составляет 1,4–3,4 мг/мг суммы удаленных СПАВ с учетом потребления его на окисление других веществ, присутствующих в моющем средстве.

И анионные, и неионогенные СПАВ в моющем средстве «DLS-150» подвергаются деструкции озоном менее эффективно. Степень удаления анионных СПАВ составляет 51–56% до остаточных концентраций 5,8–6,5 мг/л (при исходной 13 мг/л), а неионогенных – 77–79% до остаточных концентраций 4–4,5 мг/л (при исходной 19 мг/л) в зависимости от рН. Удельный расход озона на окисление 1 мг анионных и неионогенных СПАВ незначительно зависит от рН озонируемых растворов моющего средства «DLS-150» и составляет 3,3–3,9 мг/мг.

При озонировании растворов всех представленных образцов моющих средств одновременно с окислением СПАВ подвергаются деструкции и другие вещества, присутствующие в моющих средствах, в результате чего их ХПК снижается в растворах моющих средств «КЛИНГАРД» и «Ceda-зима» на 45–75%, «Dimer» – на 43–48%, DLS-150 – на 25–35% в зависимости от исходного ХПК и величины рН. Щелочная среда способствует повышению эффективности деструкции озоном неионогенных СПАВ, снижению удельного расхода озона на целевые реакции окисления СПАВ и повышению степени использования озона. Степень деструкции анионных СПАВ практически не зависит от реакции среды в интервале рН 7–11. Оптимальная величина рН при деструкции неионогенных СПАВ озоном может быть принята в пределах 10–11. Удельный расход озона на единицу окисленных СПАВ изменяется в широких пределах в зависимости от вида моющих средств, присутствующих в них СПАВ и рН, а также с учетом потребления его на деструкцию других веществ, может быть принят в пределах 2,4–3,7 мг/мг СПАВ (в среднем 3,5 мг/мг СПАВ). При исходных концентрациях СПАВ в растворах 20–40 мг/л расход озона составит 70–95 мг/л.

С точки зрения эффективности деструкции озоном СПАВ, содержащихся в испытанных образцах моющих средств, для мойки автомобилей предпочтительнее использовать «КЛИНГАРД» и «Dimer». Для обеспечения наименьших концентраций СПАВ в сточных водах удельные нормы расхода моющего средства на мойку одной машины следует устанавливать в зависимости от содержания СПАВ в моющем средстве.

Для подтверждения результатов экспериментов по деструкции СПАВ озоном в модельных растворах были проведены также испытания эффективности очистки от СПАВ озонированием сточных вод от автомойки «Еврофордсервис», содержащих анионные СПАВ (~ 50 мг/л) и неионогенные СПАВ (~ 10 мг/л), а также сточных вод от автомойки на 51-м километре МКАД, содержащих только неионогенные СПАВ в больших концентрациях (~ 200 мг/л). В последнем случае озонированию подвергались сточные воды после их разбавления до содержания СПАВ 30–70 мг/л, а также сточные воды после предварительной обработки коагулянтом.

Установлено, что при совместном присутствии в сточных водах неионогенных и анионных СПАВ последние, при более высоких исходных концентрациях, более эффективно подвергаются деструкции – на 97–98% до остаточных концентраций 1,2–1,4 мг/л независимо от исходного рН (в пределах 7–11). Неионогенные СПАВ, присутствующие в воде в низких концентрациях, подвергаются окислению менее эффективно. Степень их деструкции зависит от рН и достигает 76% (при остаточной концентрации 2,3 мг/л) при озонировании в щелочной среде. Средний удельный расход озона при этом составляет 1,3–1,5 мг/мг суммы окисленных СПАВ в зависимости от рН. Предварительная обработка этих сточных вод перед озонированием коагулянтом позволяет удалять анионные СПАВ на 87% (до концентрации 18 мг/л), неионогенные СПАВ – на 40–45% (до концентрации 10 мг/л). Озонирование сточных вод после коагуляции обеспечивает также более эффективную деструкцию неионогенных СПАВ в щелочной среде – на 96% до остаточной концентрации 0,4 мг/л. Анионные СПАВ эффективно удаляются независимо от исходной величины рН – на 93% до остаточной концентрации 1,2–1,25 мг/л. Удельный расход озона при этом составляет 1,6–1,7 мг/мг суммы окисленных СПАВ.

Озонирование сточных вод, содержащих только неионогенные СПАВ, после их разбавления обеспечивает более эффективное (на 87–90% до остаточных концентраций 3,6–4,2 мг/л) их окисление в щелочной среде при среднем расходе озона 1,6–2,5 мг/мг неионогенных ПАВ. Предварительная обработка этих сточных вод коагулянтом перед озонированием позволяла снизить концентрацию неионогенных СПАВ на 33–37% (с 210 до 140–135 мг/л) и ХПК – на 44% (с 1150 до 647 мг/л). Озонирование сточной воды после коагуляции без разбавления показало возможность деструкции неионогенных СПАВ при удельном расходе озона 2,6 мг/мг удаленных СПАВ с высоким (до 100% в начальный период) коэффициентом использования озона. Однако расход озона на обработку единицы объема сточной воды остается высоким – до 360 мг/л.

03_11_ris_01

Озонирование сточной воды после коагуляции и разбавления до концентрации неионогенных СПАВ ~ 30 мг/л обеспечивает их деструкцию в щелочной среде на 89% до остаточной концентрации 3,6 мг/л при среднем удельном расходе озона 2,2 мг/мг неионогенных СПАВ. При проектировании установок по очистке сточных вод автомоек от СПАВ удельный расход озона может быть принят 2–2,5 мг/мг удаляемых СПАВ. С целью снижения расхода озона и уменьшения требуемой мощности озонаторного оборудования сточные воды следует подвергать озонированию только после предочистки.

Озонирование сточных вод, содержащих только неионогенные СПАВ в больших концентрациях, после обработки коагулянтом обеспечивает их деструкцию на 80–90% при удельном расходе озона 2,2–2,6 мг/мг окисленных СПАВ. Расход озона на обработку единицы объема сточных вод зависит от первоначальной концентрации СПАВ и ХПК обрабатываемой воды.

Оборотная вода после комплексной обработки коагуляцией, озонированием и фильтрованием не имела окраски и запаха, остаточное содержание взвешенных веществ составляло ≤ 2 мг/л, анионных СПАВ ≤ 1,2 мг/л, неионогенных ≤ 0,5 мг/л, нефтепродуктов ≤ 0,3 мг/л. Кроме того, озонирование воды в процессе очистки обеспечивает ее обеззараживание и дезодорацию. Качество воды после такой обработки по основным показателям (окраска, запах, ХПК, содержание взвешенных веществ, микробиальные загрязнения) удовлетворяет требованиям МУ 2.1.5.1183-03 и не представляет санитарно-эпидемиологической опасности при использовании в открытых системах технического водоснабжения.

На основании проведенных испытаний предложена принципиальная технологическая схема очистки сточных вод автомоек (рисунок), включающая блоки: реагентной (коагуляционной) обработки [8; 9], осветления (отстаиванием или флотацией), фильтрования и озонирования. Комплекс сооружений очистки обеспечит достижение качества воды по основным показателям, удовлетворяющего требованиям использования ее в оборотных системах или сброса в сети городской канализации. При необходимости сброса сточных вод от автомоек в водоемы или на рельеф такая схема должна дополняться блоком глубокой сорбционной доочистки [10].

С целью минимизации объема и площади очистных сооружений целесообразно проведение испытаний других перспективных технологий очистки сточных вод автомоек, например электрофлотации, электрокоагуляции, электроокисления, мембранных технологий и др.

Выводы

На основании обобщения опыта очистки сточных вод, содержащих взвешенные вещества, СПАВ, нефтепродукты и имеющих высокие значения ХПК, а также результатов проведенных исследований выбраны рациональные методы предочистки сточных вод автомоек и проведены исследования их эффективности. Определена эффективность методов осветления сточных вод отстаиванием без введения реагентов, пенной безреагентной флотацией, коагуляцией с использованием оксихлорида алюминия.

Применение метода отстаивания без обработки реагентами неэффективно для предочистки сточных вод, так как не беспечивает удаление взвешенных веществ, СПАВ, нефтепродуктов и ХПК.

Метод пенной флотации позволяет удалить из сточных вод анионные СПАВ до 35%, неионогенные СПАВ до 55%, но не обеспечивает эффективного снижения содержания взвешенных веществ, нефтепродуктов и ХПК. Поэтому данный метод не может использоваться как самостоятельный в технологии предочистки сточных вод автомоек перед озонированием.

Использование анионных флокулянтов для предочистки сточных вод неэффективно, так как не способствует удалению всех загрязняющих компонентов сточных вод.

Катионные флокулянты («Праестол 653») обеспечивают удаление из сточной воды взвешенных веществ на 70–80%. Однако эффективность удаления неионогенных СПАВ, нефтепродуктов и ХПК при этом незначительна и составляет соответственно: 10–20, 8–10 и 10–16%. Использование флокулянтов для предочистки сточных вод систем автомоек самостоятельно, без других реагентов, неэффективно.

Наиболее эффективная предочистка сточных вод автомоек достигается при коагуляции с использованием солей алюминия, с последующим осветлением воды отстаиванием или флотацией. Обработка сточных вод оптимальными дозами коагулянтов обеспечивает удаление из них анионных СПАВ на 70–80%, неионогенных – на 35–50%, взвешенных веществ – на 85–99%, снижение ХПК на 50–80%. Определены оптимальные условия коагуляции и дозы реагента, обеспечивающие эффективное удаление из сточных вод указанных агрязняющих веществ при оптимальных объемах образующегося осадка (8–12% объема обрабатываемой воды при отстаивании в течение 30–60 минут, 6–8% – при уплотнении в течение 18–20 часов).

Эффективность предочистки сточных вод может быть повышена, а дозы коагулянта и объемы осадков уменьшены при применении комплексных методов: коагуляции с флотацией, коагуляции с флокуляцией и флотацией.

При озонировании сточных вод, содержащих анионные и неиногенные СПАВ, после предварительной обработки коагулянтом достигается наиболее эффективное их удаление до остаточных концентраций соответственно 1,2 и 0,4 мг/л при удельном расходе озона 1,6–1,7 мг/мг СПАВ и расходе его на единицу объема сточной воды 35–45 мг/л.

Список литературы

Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. – М.: Мединор, 1999.
СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. – М., 2000.
Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.: Химия, 1984.
Унифицированные методы анализа вод. – М.: Химия, 1971.
МУ 2.1.5.1183-03. Санитарно-эпидемиологический надзор за использованием воды в системах технического водоснабжения промышленных предприятий.
Белевцев А. Н., Жаворонкова В. И. Применение озона в технологиях обработки воды (ч. I) // АКВА-MAGAZINE. Журнал о воде. 2008. № 2 (7).
Белевцев А. Н., Жаворонкова В. И. Озон в технологиях обработки воды (ч. II) // АКВА-MAGAZINE. Журнал о воде. 2008. № 3 (8).
Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. – М., 2005.
Гандурина Л. В. Очистка сточных вод с применение синтетических флокулянтов. – М.: ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2007.
Угли активные и коагулянты. Классификация и подбор. Области применения, специальные марки. – Пермь: ОАО «Сорбент», 2002.