Удаление дисперсных загрязнений

На нефтеперерабатывающих заводах предусматривается две основные системы производственной канализации.

В первую систему водоотведения поступают нейтральные производственные и производственно-дождевые сточные воды большиства технологических установок, насосов и резервуаров, промывки нефтепродуктов, смыва с полов, содержащие не более 2 г/л минеральных солей, около 3 г/л нефтепродуктов и 100-300 мг/л взвешенных веществ. Для очистки сточных вод I системы в настоящее время на отечественных предприятиях используют две схемы. Первая включает очистку в нефтеловушках, прудах, флотаторах, песчаных фильтрах и т.д., а очищенная вода используется для подпитки оборотных систем. Вторая, более перспективная схема, кроме сооружений механической и физико-химической очистки имеет в своем составе биологическую очистку, а иногда и установки доочистки сточных вод.

Во вторую систему отводятся эмульсионно-минерализованные сточные воды, содержащие около 5 г/л нефтепродуктов, 300 –500 мг/л взвешенных веществ, а также соли, реагенты и другие органические и неорганические вещества. Вторая система канализации в зависимости от вида и концентрации загрязняющих веществ включает ряд самостоятельных сетей:

– нефтесодержащих вод от установок по подготовке нефти, подтоварных вод сырьевых парков, смывных эстакад, промывочно-пропарочных станций;

– концентрированных сернисто-щелочных вод от защелачивания нефтепродуктов, конденсатов;

– сточных вод производства синтетических жирных кислот (СЖК), содержащих органические кислоты, парафин и другие вещества;

– сточных вод нефтехимических производств (этилена, пропилена, бутиловых спиртов);

– кислых сточных вод, загрязненных минеральными кислотамии солями.

Сточные воды второй системы канализации проходят механическую и физико-химическую очистку сернисто-щелочных стоков, а также двухступенчатую биологическую очистку. Могут использоваться установки термического обезвреживания солесодержащих сточных вод, конденсат возвращается в производство, а полученная соль подлежит утилизации.

На нефтеперерабатывающих заводах общепринятая схема включает три стадии очистки:

1) механическая очистка  от жидких и твердых грубодисперсных примесей;

2) физико-химическая очистка  от коллоидных частиц, обезвреживание сернисто-щелочных вод и стоков электрообессоливающих установок (ЭЛОУ);

3) биологическая очистка  от растворенных примесей.

Кроме того производится доочистка биологически очищенных сточных вод. На некоторых заводах для очистки от растворенных примесей используют сорбционный метод.

Схемы организации очистки сточных вод I и II систем канализации отечественных НПЗ приведены на рис. 2.

Рис.2. Схемы организации очистки сточных вод на НПЗ.

Из сооружений механической очистки прежде всего применяются песколовки. В них улавливаются минеральные примеси размером 0,15-0,2 мм и выделяется около 25 % нефтепродуктов, содержащихся в сточных водах. Для сбора нефти в песколовках смонтированы трубы-качалки.

После песколовок сточные воды направляются в нефтеловушки, где удаляются частицы с гидравлической крупностью 0,8 мм/с, а очистка продолжается около 2 ч, после них вода содержит от 50 до 200 мг/л нефтепродуктов. Для доочистки сточных вод после нефтеловушек применяют пруды дополнительного отстоя или радиальные отстойники, оборудованные устройствами для сбора нефтепродуктов.

Рекомендуется применять тонкослойные полочные нефтеловушки. Пластины изготовляют из стали или пластмассы, собирают из них отдельные блоки и монтируют под углом 45о, на расстоянии 100 мм. Пластины могут быть плоскими или гофрированными. Применение таких нефтеловушек позволяет снизить содержание нефтепродуктов в сточной воде до 15-25 мг/л.

Доведение количества нефтепродуктов в сточных водах до 20-30 мг/л обеспечивается в песчаных фильтрах. Высота слоя загрузки 1-1,2 м, фильтрование производится со скоростью от 5 до 15 м/ч снизу вверх. Однако регенерация таких фильтров сложна и мало эффективна, часто от них отказываются. В последнее время для удаления нефтепродуктов чаще стали использовать волокнистые или плавающие (пенополиуретаны) загрузки. Для механической очистки перспективно применение гидроциклонов.

Однако дальнейшее снижение содержания нефтепродуктов возможно с помощью физико-химических и биологических методов.

Одним из них является коагуляция. В качестве коагулянтов применяют в основном соли алюминия и железа, для поддержания определенного значения рН используют известковое молоко. Для повышения эффективности очистки добавляют флокулянты: активную кремневую кислоту или полиакриламид.

В качестве коагулянтов предложено также использовать отходы производства диоксида титана. Применяются установки реагентной флотации с использованием в качестве коагулянтов и флокулянтов Al2(SO4)3, FeCl3, ПАА. Вместо минеральных коагулянтов предложены катионные органические полиэлектролиты.

Флотация напорная, с эжектированием воздуха во всасывающую трубу насоса. Содержание нефтепродуктов снижается до 20-30 мг/л.

За рубежом имеется тенденция к замене громоздких биологических очистных сооружений адсорбционными установками.

Сточные воды перед подачей на адсорбцию должны содержать не более 20 мг/л нефтепродуктов и не более 60 мг/л механических примесей. В Японии предложено для этой цели использовать сорбент, получаемый из нефтяного пека. Затраты на строительство таких сооружений на 20 % ниже, чем биологических.

Наиболее трудную техническую проблему приходится решать при очистке нефтесодержащих сточных вод с большим солесодержанием. Перед повторным использованием их подвергают термическому обессоливанию упариванием под вакуумом и давлением.

Метод дорог, для его применения требуется изготовление аппаратуры из металлов высоких марок. Исследования, проведенные в Японии и США, показали, что более оптимальным для этих целей является процесс обратного осмоса. При этом по сравнению с дистилляцией от 30 % до 40 % снижаются затраты энергии и в 1,5 раза эксплуатационные расходы.

Эффективное выделение нефтепродуктов может обеспечить метод электрофлотационной очистки. При наложении электрического поля нефтепродукты перемещаются к аноду. Выделяющиеся в процессе электролиза пузырьки газа флотируют частицы нефтепродуктов на поверхность жидкости. Электроды изготовляют растворимыми из алюминия и железа, процесс интенсифицируется при использовании коагулянтов. На очистку 1 м3 воды расходуется 0,15 кВт⋅ч электроэнергии, остаточное содержание нефтепродуктов 2-10 мг/л.

Для очистки сточных вод от нефтепродуктов может быть с успехом применен метод окисления озоном. Продолжительность окисления 10 мин, содержание нефтепродуктов при этом снижается с 30 до 2 мг/л.

Окончательную очистку сточных вод от нефтепродуктов проводят биохимическим методом.

Сточные воды первой системы канализации подвергаются одноступенчатой биологической очистке с подпиткой их биогенными веществами. Очистку проводят в аэротенках-смесителях или аэротенках с рассредоточенной подачей воды. Для обеспечения качества очищенного стока, требуемого для пополнения оборотных систем, биохимически очищенные стоки первой канализационной системы должны подвергаться фильтрации на зернистых фильтрах.

Сточные воды второй системы канализации очищают как отдельно, так и в смеси с бытовыми сточными водами. При БПКп ≤ 250 мг/л применяется одноступенчатая при БПКп ≤ 450 мг/л - двухступенчатая.

После такой очистки сточные воды имеют БПКп = 10-20 мг/л, содержат 3-5 мг/л углеводородов нефти. Степень очистки по БПКп составляет (93-98) %, по нефтепродуктам (77-86) %.

Возрастающие требования к качеству сточных вод, сбрасываемых в рыбохозяйственные водоемы, привели к необходимости дополнительной очистки биохимически очищенных сточных вод, например, в биологических прудах с продолжительностью пребывания в них от нескольких суток до года, в системе микрофильтр - песчаный фильтр, или использовать безреагентную напорную флотацию. Нефтешлам из шламоуплотнителя сжигают в печах различных конструкций: камерных, циклонных, вращающихся, с кипящим слоем. Песок направляют в шламонакопитель, либо вывозят на свалку.

Схема очистки сточных вод первой и второй канализационных систем нефтеперерабатывающих заводов приведена на рис.3.

Рис. 3. Схема очистных сооружений НПЗ топливно-масляного профиля

1 – песколовка; 2 – нефтеловушка; 3 – отстойник; 4 – сатуратор; 5 – флотатор; 6 –  аэротенк первой ступени; 7 – вторичный отстойник; 8 – фильтр; 9 – узел обезвоживания; 10 – реагентное хозяйство; 11 – установка для сжигания нефтешлама; 12 – шламонакопитель; 13 – разделочные резервуары; 14 – смеситель; 15 – аэротенк второй ступени; 16 – третичный отстойник; 17 – биопруд.

Сточные воды обоих систем канализования проходят аналогичную очистку в узлах механической и физико-химической очистки.

Вода после предварительного отстаивания в течение 3-4 суток в амбаре поступает в песколовки 1, затем в нефтеловушки 2 и радиальные отстойники 3. Выделившиеся в них нефтепродукты направляются в разделочные резервуары 13, откуда отстоявшаяся нефть возвращается на предприятие. После узла механической очистки концентрация нефтепродуктов снижается до 50-70 мг/л. Далее вода поступает на напорную флотацию во флотатор 5, куда добавляется коагулянт (сульфат алюминия) иногда с флокулянтом (ПАА) из реагентного хозяйства 10. Осадок из всех сооружений механической очистки собирается в шламонакопитель 12, откуда направляется на установку сжигания шлама 11.

После физико-химической очистки в сточных водах I канализационной системы остаточное содержание нефтепродуктов составляет около 25 мг/л и вода может быть направлена на одноступенчатую биологическую очистку в аэротенк с регенератором 6.

Иловая смесь разделяется во вторичном отстойнике 7, циркулирующий ил возвращается в аэротенк, избыточный поступает в узел обезвоживания 9, а затем на установку сжигания нефтешлама 11.

Для обеспечения качества очищенного стока, требуемого для пополнения оборотных систем, биохимически очищенные стоки первой канализационной системы должны повергаться фильтрации на зернистых фильтрах 8. Очищенная вода содержит 2-3 мг/л нефтепродуктов, до 6 мг/л взвешенных веществ.

Сточные воды второй канализационной системы проходят установки механической и физико-химической очистки, после чего смешиваются с предварительно очищенными бытовыми и сернисто-щелочными стоками в смесителе 14, а затем поступают на двухступенчатую биохимическую очистку.

Первая ступень биохимической очистки аналогична I системе канализования, вторая состоит из аэротенка второй ступени 15, третичного отстойника 16. Вода после биологической очистки через фильтр 8 направляется в буферный пруд дополнительного отстаивания 17, а затем сбрасываются в водоем. Вместо песчаных фильтров 8 можно использовать безреагентную напорную флотацию.

Стоки, загрязненные нефтепродуктами, кроме нефтеперерабатывающих заводов, образуются и в других отраслях производства.

Пластовые воды нефтепромыслов содержатся непосредственно в добываемой нефти и отделяются гравитационным отстаиванием.

Технические воды образуются в процессе обезвоживания, обессоливания и стабилизации сырой нефти, а также при зачистке резервуаров и промывке оборудования. Наиболее целесообразно использовать сточные воды нефтепромыслов в системах заводнения для поддержания давления в продуктивных пластах с целью обеспечения их нефтеотдачи. Предварительно из них удаляется плавающая и эмульгированная нефть, механические примеси и железо, используя отстойники, дегазаторы, напорные песчаные фильтры или флотаторы.

Сточные воды с большим содержанием нефтепродуктов (0,5 – 15 г/л) образуются на перевалочных и распределительных нефтебазах, они содержат также механические примеси (100 – 500 мг/л), минеральные соли (200-450 мг/л). Производственно-ливневые и балластные воды поступают в буферные резервуары, а затем на установку напорной флотации с добавлением Al2(SO4)3.

Если требуется, вода может быть подвергнута более глубокой физико-химической либо биологической очистке по аналогии с нефтеперерабатывающими заводами.

Сточные воды после мойки автомашин, содержащие взвешенные вещества и нефтепродукты, проходят решетку и поступают в песколовку, грязенефтеловушку, пневматическую флотомашину и фильтры доочистки. Во флотомашине устанавливают перфорированные резиновые (полиэтиленовые, керамические) аэраторы, через которые компрессором подается воздух и блок тонкослойного осветления. Фильтр доочистки загружается активным углем. Можно использовать новые модифицированные материалы на основе базальтовых волокон.

Концентрация нефтепродуктов в очищенной воде составляет 1-2 мг/л и она возвращается в процесс мойки автомашин.

Очистные сооружения автозаправочных комплексов служат для очистки воды от нефтепродуктов и взвесей и изготовляются в подземном исполнении. Вода из аккумулирующей емкости проходит тонкослойный отстойник, нефтеловушку-сепаратор и систему фильтров тонкой очистки (полимерный и адсорбционный). Очищенная вода используется в поливочных работах, нефтепродукты собираются в нефтесборник и отправляются на нефтепереработку.

 

1. Флотаторы

 

Очистка сточных вод от нефтепродуктов осуществляется с применением электрофлотатора, либо флотатора с диспергированием воздуха через пористые материалы (керамические мембраны). Флотатор предназначен для очистки нефтесодержащих сточных вод автомоек автозаправочных станций АЗС, моечных постов, сточных вод ливневой канализации. В процессе флотации происходит извлечение из сточной воды нефтепродуктов: бензинов, масел, эмульсолов, растворимых органических загрязнений и взвешенных веществ. Затем вода подается на фильтр тонкой очистки - сорбционный фильтр или установку ультрафильтрации с керамическими мембранами. Фильтрат отвечает требованием качества воды для оборотного водоснабжения автомойки, излишки фильтрата могут быть сброшены в систему канализации.