Очистка сточных вод от нефтепродуктов.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов.

Очистка сточных вод от нефтепродуктов.

65000-95000
100000-150000
13-14
Кислые
-
-
2500
-
-
-
-
2-4
Сероводо-родсодер-жащие
4-5
300-400
10000-15000
300-500
-
2500-3500
-
5-6

Таким образом, одним из важнейших аспектов защиты экологической чистоты гидросферы предприятий нефтеперерабатывающей промышленности является вопрос совершенствования структуры водопотребления и водосброса.
Основная часть. Очистка сточных вод от нефтепродуктов
1 Виды и методы очистки сточных вод
Сточные воды НПЗ, содержащие большое количество различных примесей, нельзя непосредственно сбрасывать в естественные водоемы. Они должны быть очищены до определенных норм. Применяют три вида очистки сточных вод от нефтепродуктов: механический, физико-химический и биологический. Глубина очистки воды от нефтепродуктов зависит от вида очистки или комплекса различных видов очистки. Это, в свою очередь, зависит от состояния нефтепродуктов в воде. Различают легкоотделимые нефтепродукты (нефти), трудноотделимые нефтепродукты и растворенные в воде нефтепродукты. В большинстве случаев в сточных водах содержится нефть всех трех состояний. Поэтому применить один вид очистки не представляется возможным, так как механическая очистка сточной воды не дает глубокой очистки, а биологическая не воспринимает больших колебаний концентрации загрязнений и расходов.
В воду нефтепродукты попадают в результате транспортных операций или аварий. Другой крупный источник образования нефтесодержащих вод – балластные воды танкеров.
Во всех нефтеналивных портах имеется служба по очистке акватории порта от возможных загрязнений. Все собранные нефтесодержащие воды поступают на береговые очистные сооружения, где их обрабатывают. На нефтебазах очистные сооружения работают по двухступенчатой схеме: механический и физико-химический способы очистки. Используют отстойники статического и динамического действия и флотационную очистку без применения химического реагента.
Вопрос выбора очистки имеет очень большое значение. В комплекс очистных сооружений входят сооружения механической очистки. В зависимости от требований степени очистки вод включают сооружения физико-химической и биохимической очистки, а при более высоких требованиях – глубокой очистки. Очищенные сточные воды обеззараживают, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса, поступают на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные воды направляют в оборотные системы водообеспечения или сбрасывают в водоем. Обработанный осадок утилизируют, уничтожают или складируют.
1.1 Механические и физико-химические методы
Механические методы очистки промышленных сточных вод применяют для выделения нерастворимых минеральных и органических примесей – взвешенных частиц размером более 5-10 мкм. Для удаления более легких частиц необходимо их предварительное укрупнение.
Сточные воды сначала поступают на решетки комплекса очистных сооружений для задержания содержащихся в них крупных примесей. Решетки представляют собой металлическую раму, внутри которой установлен ряд параллельных стержней, поставленных на пути движения сточных вод. Расстояние между стержнями - 16 мм. От задержанных отбросов решетки очищают с помощью механизмов. Снятые отбросы по транспортеру отправляют в дробилку, а измельченные подают в канал между решетками.
1.1.1 Отстаивание
Грубые минеральные примеси и 90-95% плавающих нефтепродуктов задерживаются в песколовках, которые представляют собой прямоугольные или круглые резервуары, выполненные из сборного или монолитного железобетона. В дне песколовок предусмотрен приямок, где собирается выпавший осадок. Этот осадок удаляют из прияма гидравлическим или гидромеханическим способом в песковые бункеры либо на песковые площади. Обезвоженный песок при надежном обеззараживании можно использовать при производстве дорожных работ и изготовлении строительных материалов.
Для очистки сточных вод, содержащих более 100 мг/л неэмульгированных углеводородов (нефть, нефтепродукты), а также мелкие минеральные примеси, применяют нефтеловушки разнообразных конструкций. Простейшие из них представляют собой прямоугольные резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разницы их плотностей. В последнее время распространение получили нефтеловушки с параллельными перегородками и особенно с рифлеными пластинами. При прохождении сточных вод между пластинами капли нефти всплывают к верхней пластине, где коалесцируют в более крупные капли, которые перемещаются вверх и сливаются, образуя слой, непрерывно снимаемый с поверхности нефтеотводящей трубой. Такие нефтеловушки можно перекрывать, исключив загрязнение воздуха и потери в результате испарения.
Созданы пластинчатые сепараторы тонкослойного отслаивания с глубиной воды 40-140 мм, тогда как в обычных ловушках она достигает 2 м. Сепараторы тонкослойного отстаивания имеют в 4-5 раз меньшие строительные объемы, позволяют снизить остаточное содержание нефтепродуктов до 50-120 мг/л. Применение их ограничивается высокой вязкостью улавливаемых продуктов.
Дополнительную гравитационную очистку и усреднение их состава проводят в усреднителях (железобетонных прямоугольных в планах резервуаров) или радиальных отстойниках, которые оборудуют устройствами для сбора нефтепродуктов и сгребания осадка. Основная масса взвешенных частиц (40-60%) выпадает в осадок в течение 1,5ч отстаивания. После очистки в прудах дополнительного отстаивания остаточное содержание нефтепродуктов составляет 70-100 мг/л, то есть снижает ещё на 30-50%.
Вертикальные отстойники применяют при расходе сточных вод до 10 тыс. м³/сут. При большем расходе используют горизонтальные или радиальные отстойники длиной 24-36 м, шириной 6-9 м, рабочей глубиной 3-4 м, диаметр радиальных отстойников составляет 18-54 м.
Горизонтальные отстойники применяют при расходе сточных вод более 15 тыс. м³/сут. Они оборудованы скребковыми механизмами, сдвигающими выпавший осадок в приямок. Объем приямка равен двухсуточному количеству выпавшего осадка.
Радиальные отстойники используют при расходе сочных вод более 20тыс. м³/сут. По сравнению с горизонтальными они отличаются простотой и надежностью в эксплуатации, экономичностью, позволяют строить сооружения большой производительности. Недостаток – наличие подвижной фермы со скребками.
1.1.2 Фильтрация
Эмульгированные углеводороды и взвеси удаляют фильтрацией на кварцевом песке, дробленом антраците, кварце, мраморе, керамической крошке, доломите, магнетите, полимере и т.д.
Песчаные фильтры – стальные вертикальные или горизонтальные резервуары, загруженные кварцевым песком слоем 1 м и работающие под давлением 0,6 МПа. Скорость фильтрации 5-12 м/ч. Эффективность очистки 30-36%. Остаточное содержание нефтепродуктов 45-55 мг/л. Низкая эффективность очистки связана с загрязнением фильтрующей насадки органическими веществами, которые не удается удалить при промывке. Технология промывки фильтра (продувка воздухом, промывка горячей, а затем осветленной водой) позволяет повысить эффективность этих фильтров и снизить концентрацию нефтепродуктов в очищаемой воде до 30-40 мг/л.
Имеются фильтры с плавающей загрузкой из полистирола – однослойные и двуслойные, а также встраиваемые в отстойники. Скорость фильтрации 0,6-2 м/ч. для регенерации зернистых фильтрирующих материалов проводят интенсивную водовоздушную промывку.
Для очистки сточных вод от нефтепродуктов разработаны фильтры «Полимер» с пенополиуретановой загрузкой. Материал обладает большой поглотительной способностью (130-170 кг/м³). Концентрация масел и нефтепродуктов, взвешенных частиц в сточной воде 150 мг/л, очищенной – до 10 мг/л. Скорость фильтрации 25-35 м/ч. Регенерация фильтрирующего материала достигается механическим отжимом, продолжительность однократного отжима в зависимости от марки полимера 1-2 ч.
1.1.3 Флотация
Очистка сточных вод флотацией заключается в извлечении нерастворимых примесей с помощью тонкодиспергированного в сточной воде воздуха. Флотационные установки используют для удаления из сточных вод масел, нефтепродуктов, жиров, смол, поверхностно-активных веществ и других органических веществ, гидроксидов, твердых частиц полимеров, волокнистых материалов, а также для разделения иловых смесей. Флотацией можно удалять их сточных вод более мелкие капли веществ, которые не удаляются при гравитационном отстое воды.
Флотация заключается в слипании частиц примесей и пузырьков воздуха, диспергированных в воде, и всплывании комплексов пузырек-частица на поверхность воды. При этом частицы накапливаются в образовавшемся пенном слое, который удаляют с поверхности воды. Существуют несколько методов флотации, различающихся в основном способом диспергирования воздуха в воде.
Наибольшее распространение получила напорная флотация, при которой часть поступающих на очистку сточных вод насыщают воздухом под давлением. После сброса давления растворенный воздух выделяется из сточных вод и образует пузырьки диаметром 30-120 мкм, на которые налипают частицы загрязнений. Рабочее давление в напорной емкости обычно 0,3-0,5 МПа, длительность пребывания 1-2 мин.
Эффективность очистки флотацией значительно увеличивается, если с целью интенсификации образования комплексов пузырек-частица в воду вместе с воздухом добавить различные реагенты, увеличивающие гидрофобизацию поверхности частиц, дисперсность и устойчивость газовых пузырьков. В качестве коагулянтов, образующих микрохлопья, всплывающие с захваченными ими частицами загрязнений в виде пены, используют соли аммония и железа (лучше хлорида железа (III) и хлорида алюминия, которые не увеличивают содержание сульфат-ионов в оборотной воде). Степень очистки безреагентной флотацией – всего 11-23%.
Сочетание напорной флотации с реагентной обработкой коагулянтами и флокулянтами позволяет увеличить степень очистки сточных вод от нефтепродуктов до 90-95%, механических взвесей – до 85-95%.
Высокими флоккулирующими свойствами обладают синтетические полимерные флокулянты, которые подразделяют на три группы: неионные, анионные и катионные. К первой группе относятся полиакриламид, полиэтиленоксид, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт; ко второй – полиакрил натрия, полистиролсульфокислота, метас (полимер, синтезированный на основе метакриловой кислоты), гипан (гидролизованный полиакрилонитрил) и др.; к третьей – ВПК-101, ВПК-402 – полидиметилдиаллиламмония хлорид ВА-2 и др., содержащие положительно заряженные группы и адсорбирующиеся на отрицательно заряженных частицах. Один из наиболее эффективных катионных флокулянтов – полиэтиленимин (ПЭИ).
С применением в качестве флокулянтов катионоактивных полиэлектролитов (5 мг/л) степень очистки близка к достигаемой при биологической очистке. Концентрация полиэлектролита может быть снижена до 0,5-2 мг/л при его использовании совместно с солями аммония (4-12 мг по катионам Al³+) и последующей фильтрации через песчаную загрузку.
Флотация в сочетании с применением коагулянтов и флокулянтов (реагентная флотация) – один из перспективных методов очистки и доочистки заводских сточных вод, так как позволяет очистить их до остаточного содержания загрязнений 10-30 мг/л. Кислотная обработка шламов позволяет регенерировать до 70% коагулянта. Дальнейшее повышение эффективности флотации может быть обеспечено тонкослойным осветлением путем распределения потока жидкости и воздуха на отдельные потоки, разделяемые наклонными пластинами. Значение реагентной флотации возрастает для замкнутых водооборотных циклов, так как этот метод не влияет на солевой состав очищенных вод.
1.1.4 Адсорбционная очистка
Этот метод используют для локальной очистки сточных вод от токсичных биологически жестких органических веществ, то есть трудно поддающихся бактериальной атаке. Этот метод также применяют при так называемой независимой технологии (от биохимической) физико-химической очистки. Адсорбционный метод обеспечивает глубокую очистку вод замкнутого водопотребления и доочистку сточных вод от органических веществ. Перед адсорбционной очисткой сточные воды предварительно обрабатывают на установке реагентной напорной флотации или фильтрации, то есть адсорбционная установка должна находиться в конце технологической схемы очистки сточных вод.
При биохимической очистке содержащиеся в воде органические вещества превращаются в избыточный активный ил. Адсорбционный метод позволяет регенерировать полученные компоненты, содержащиеся в сточных водах, и уменьшить их потери. Это делает данный метод предпочтительным при очистке от специфических органических загрязнениях и при раздельной переработке нефтесодержащих сточных вод. При адсорбционной очистке не образуется шлама либо осадка, получающегося при очистке коагулянтами или другими методами.
В настоящее время применяются различные адсорбенты, прежде всего порошкообразные и гранулированные угли с размером гранул 1-6 мм.
По технико-экономическим показателям адсорбционная очистка с применением активных углей не уступает биологической очистке сточных вод.
1.1.5 Нейтрализация
Этот метод позволяет предотвратить коррозию водоотводящих сетей и очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах. Для нейтрализации кислых сточных вод применяют взаимную нейтрализацию кислых и щелочных сточных вод, обработку известковым молоком.
1.1.6 Окисление загрязнителей
При обработке сточных вод, содержащих нефть и другие соединения, эффективно применение озона. Солевой состав очищаемых сточных вод при этом не расширяется. Однако из-за высокой стоимости повсеместного использования озон не получил.
1.1.7 Метод ионного обмена
Обмен между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности ионита, используют для извлечения из сточных вод и утилизации ценных примесей и радиоактивных веществ. Сточные воды можно очистить до предельно допустимой концентрации вредных веществ и использовать в технологическом процессе или в системах оборотного обеспечения.
1.1.8 Использование гидроциклонов для извлечения нефтяных загрязнений из воды
Один из основных методов разделения двухфазных жидкостей – метод разделения их в поле массовых сил. Этот метод осуществляют или путем использования гравитационных сил, или путем создания в жидкости центробежных сил.
Для разделения двухфазных жидкостей в центробежном поле используют различные аппараты, называемыми центробежными сепараторами. Эти аппараты получили широкое распространение. Существует два типа центробежных сепараторов: приводные, в которых вращательное движение жидкости передается от вращающихся элементов конструкции, связанных с приводом, и неподвижные, у которых вращение жидкости возникает в результате тангециального входа потока в рабочем объеме аппарата. Сепараторы первого типа носят название центрифуг, а второго – циклонов и гидроциклонов.
Центрифуги широко используются во многих отраслях промышленности, поэтому они имеют большое число конструктивных разновидностей. Центрифуги применяют для разделения нефтесодержащих вод. Наложение на нефтеводяную эмульсию больших центробежных сил позволяет добиться глубокой очистки. Однако, использование их в этой области ограничено в основном тем, что эти аппараты имеют сравнительно небольшую пропускную способность, сложны в устройстве и эксплуатации. В наибольшей мере достоинства центрифуг при разделении нефтеводяных эмульсий проявились на морских и речных судах при очистке балластных и льяльных вод.
Важный фактор, определяющий эффективность центрифуг, - уменьшение длины пути, который должна преодолеть капелька нефти до попадания на свободную поверхность воды или налипания на контактную поверхность. Для этого внутрироторный объем центрифуг разделен конструктивными цилиндрическими вставками на тонкие слои, обеспечивающие минимально возможный путь частицы дисперсной фазы (в современных центрифугах толщина слоя не превышает долей миллиметра).
По сравнению с центрифугами циклоны и гидроциклоны обладают рядом существенных достоинств: просты в конструкции, компактны, дешевы в изготовлении, просты и надежны в эксплуатации.
Применение напорных циклонов связано с разделением двухфазных жидкостей, обладающих различными свойствами. Очевидно, что от свойств двухфазных систем зависят конструкция гидроциклонов и их технические параметры. Однако, из всего многообразия свойств, характеризующих разделение жидкости, в первую очередь на конструкцию и параметры работы гидроциклонов влияют два обстоятельства: в каком (твердом или жидком) виде представлена дискретная фаза и каково соотношение между плотностями дискретной и сплошной фаз.
Механизм разделения двухфазной жидкости состоит в том, что твердые частицы под действием центробежной силы перемещаются к стенкам гидроциклона и по винтовой траектории перемещаются вниз к нижнему выпускному отверстию, через которое они выводятся из гидроциклона через сливной патрубок, расположенный в его верхней крышке. Когда плотность твердой дискретной фазы меньше, чем плотность сплошной фазы, твердые частицы концентрируются в области, примыкающей к вертикальной оси гидроциклона. Поднимаясь вместе с внутренним круговым потоком вверх, твердые частицы выводятся из гидроциклона вместе с каким-то количеством жидкости через верхний патрубок, а осветленная вода уходит из аппарата через нижнее отверстие.
Поскольку нефтесодержащие сточные воды содержат примеси, которые также необходимо удалять, делаются многочисленные попытки использовать для очистки таких сточных вод трехпродуктовые циклоны, в которых происходит одновременное выделение легкой фазы – нефтепродукта и тяжелой фазы – песка (механических примесей). Легкая фаза выводится через верхний сливной патрубок, тяжелая фаза – через нижнее (песковое) отверстие, а для вывода осветленной жидкости служит дополнительный выход из гидроциклона, расположенного в его верхней части.
Оценивая перспективы использования напорных гидроциклонов для очистки нефтесодержащих сточных вод, следует отметить, что, несмотря на то, что по сравнению с гравитационными отстойниками гидроциклоны работают со сравнительно большей гидравлической нагрузкой, пропускная способность отдельного гидроциклона невелика. Поэтому эффективность их использования для очистки нефтесодержащих сточных вод во многом связана с созданием батарейных гидроциклонов и мультигидроциклонов. Это дает возможность, используя гидроциклоны небольших диаметров и обеспечивая тем самым достаточную эффективность разделения фракций, добиваться необходимой пропускной способности.
Другое важное направление использования гидроциклонов для очистки нефтесодержащих сточных вод – создание двух- и трехступенчатых технологических схем очистки. И, наконец, весьма эффективным может оказаться объединение гидроциклонов с другими аппаратами для разделения (тонкослойными отстойниками, флотаторами, коалесцентными фильтрами и т.д.) в едином технологическом комплексе. Правильно подобранная комбинация аппаратов позволит, в полной мере используя преимущество каждого из них, компенсировать присущие им недостатки.
1.1.9 Использование электрического и магнитного полей для процесса отделения от воды диспергированного нефтепродукта
Использование электрического поля в очистных устройствах обусловлено рядом закономерностей, установленных в области физической и коллоидной химии. Наиболее важными для них является класс электрокинетических явлений. Применительно к сточным водам, содержащим загрязняющие компоненты в виде нерастворимых минеральных или органических примесей, наибольшего внимания заслуживает электрофорез, характеризующийся относительным смещением фаз дисперсной системы при наложении внешнего поля, обусловливающим в конечном итоге полное или близкое к полному отделение дисперсной фазы от окружающей жидкости. Электрофорез – достаточно хорошо изученное явление, широко применяемое в практике разделения дисперсных систем в различных отраслях науки и техники.