Стахов - Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов (1983)

Изложены вопросы устройства, основ теории, расчета и эксплуатации современных и перспективных сооружений для очистки нефтесодержащих сточных вод нефтебаз, наливных пунктов и перекачивающих станций. Наибольшее внимание уделено технологии очистки сточных вод от нефтепродуктов методом напорной флотации; приведены новые научные обоснования и методика расчета основных элементов напорных флотационных установок.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занятых исследованием, проектированием, строительством и эксплуатацией очистных сооружений нефтебаз и перекачивающих станций. Она может быть полезной для специалистов многих других отраслей народного хозяйства, связанных со строительством и эксплуатацией производственной канализации жидкотопливных хранилищ различного назначения.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Прогрессирующее загрязнение окружающей среды, вызванное бурным ростов промышленного производства в целях удовлетворения постоянно растущих потребностей общества, требует разумного взаимодействия человека со всеми ее элементами.
В решениях XXIV, XXV съездов КПСС, в Конституции СССР, законах и партийно-правительственных постановлениях намечены необходимые идейно-политические и организационно-хозяйственные меры по предотвращению загрязнения окружающей среды в нашей стране. XXVI съезд КПСС поставил важные задачи по совершенствованию промышленной технологии в целях предотвращения вредного воздействия производственной деятельности на окружающую среду и потребовал ускорить проведение природоохранных мероприятий. Успешное решение поставленных задач обеспечивается огромными капитальными вложениями и крупными организационными мероприятиями, к числу которых относится широкое внедрение и постоянное совершенствование прогрессивных технологических решений по очистке производственных сточных вод, а также создание новых эффективных средств и методов рационального использования водных ресурсов.
Одним из загрязнителей окружающей среды являются нефтесодержащие сточные воды. Они образуются на всех технологических этапах добычи и использования нефти.
К источникам загрязнения окружающей среды нефтесодержащими сточными водами наряду с другими производственными объектами относятся предприятия хранения и транспорта нефтепродуктов. Наиболее многочисленными из них являются склады нефти и нефтепродуктов - нефтебазы. На крупных нефтебазах образуется до 1000 м3/сут нефтесодержащих сточных и балластных вод, а на небольших, но весьма многочисленных нефтебазах - от 5 до 100 м3/сут. На перекачивающих станциях предприятий трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов также образуются значительные объемы нефтесодержащих сточных вод.
Характерной особенностью предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов является отсутствие возможностей организации более или менее полного оборотного использования воды, что приводит к неизбежному сбросу сточных вод в окружающую среду. Для обеспечения высоких требований к степени очистки сбрасываемых сточных вод на нефтебазах и перекачивающих станциях ведется большая работа по созданию очистных комплексов.
В отечественной и зарубежной технической литературе имеется много публикаций по технологии очистки нефтесодержащих сточных вод. Однако большинство из них являются недоступными для широкого пользования. С целью оказания помощи специалистам в углублении знаний по очистке сточных вод от нефтепродуктов автором предпринята попытка впервые систематизировать и изложить на современном научном уровне вопросы технологии очистки воды от нефтепродуктов применительно к условиям предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов.
В книге на основе обобщения отечественного и зарубежного опыта, а также собственных исследований автора рассмотрены многообразные методы очистки нефтесодержащих сточных вод. По некоторым из них, изученным достаточно глубоко, приводятся уже сложившиеся рекомендации, по другим, более новым, подробнее излагаются теоретические и экспериментальные обоснования. По перспективным методам приводятся сведения общего характера.
Библиография отечественной и зарубежной литературы по очистке нефтесодержащих сточных вод содержит несколько сотен наименований; в списке литературы приведены лишь наиболее существенные отечественные литературные источники.

ВВЕДЕНИЕ
Генеральным направлением решения проблемы предотвращения загрязнения окружающей среды является создание безотходных, малоотходных, бессточных и малосточных производств. В связи с этим при приемке, хранении, транспортировке и выдаче потребителям нефтепродуктов надлежит принимать все необходимые меры по предотвращению или максимально возможному сокращению их потерь. Данная задача должна решаться путем совершенствования технических средств и тех- технологических приемов переработки нефти и нефтепродуктов на нефтебазах и перекачивающих станциях. Наряду с этим полезную роль могут выполнять местные сборные устройства различного назначения, позволяющие собирать проливы или протечки продуктов в чистом виде, не допуская их удаления с помощью воды.
При ограниченных возможностях использования вышеупомянутых средств на нефтебазах образуются сточные воды, загрязненные нефтепродуктами. В соответствии с требованиями существующих нормативных документов они подлежат довольно глубокой очистке. Технология очистки нефтесодержащих вод определяется фазоводисперсным состоянием образовавшейся системы нефтепродукт - вода. Поведение нефтепродуктов в воде обусловлено, как правило, меньшей их плотностью по сравнению с плотностью воды и чрезвычайно малой растворимостью в воде, которая для тяжелых сортов близка к нулю. В связи с этим основными методами очистки воды от нефтепродуктов являются механические и физико-химические. Из механических методов наибольшее применение нашло отстаивание, в меньшей мере - фильтрование и центрифугирование. Из физико-химических методов серьезное внимание привлекает флотация, которую иногда относят и к механическим методам. Важную роль при очистке нефтесодержащих вод выполняют коагуляция и флокуляция. В отдельных случаях используется сорбция с применением активированных углей.
Кроме физико-химических методов для глубокого обезвреживания нефтесодержащих вод прибегают к химическим методам- окислению хлором и озоном. В смеси с бытовыми сточными водами можно очищать воду от нефтепродуктов на сооружениях биологической очистки.
Отстаивание нефтесодержащих сточных вод в нефтеловушках является наиболее старым технологическим приемом, которым широко пользовались до недавнего прошлого как единственным средством очистки сточных вод на нефтебазах.
Фундаментальные исследования процесса в нефтеловушках выполнены во ВНИИ Водгео. Они впоследствии дополнялись и уточнялись другими исследователями и опытом эксплуатации и легли в основу действующих нормативных документов в части проектирования нефтеловушек [СНиП П-32-74. Канализация, Наружные сети и сооружения, 1975 г.].
Сложившийся опыт проектирования нефтеловушек изложен в настоящей работе без повторения общеизвестных научных обоснований. Это относится и к процессам фильтрования и центрифугирования. В области флотационной очистки сточных вод серьезные исследования выполнены в нашей стране в АКХ им. К. Д. Памфилова (Н. А. Лукиных, 1949-1980 гг.), во ВНИИ Водгео (И. Л.Монгайт, И. Д. Родзиллер, 1958 г.), во ВНИИ нефтяного хозяйства (В. Г. Перевалов и В. А. Алексеева, 1969 г.), во ВНИИ железнодорожного транспорта (И. И. Караваев и Н. Ф. Резник, 1966 г.), в УИИВХ (А. И. Мацнев, 1976 г.) и др.
Они сыграли положительную роль в решении возникавших в свое время технологических задач. На современном этапе потребности практики возросли и усложнились, появились новые фундаментальные исследования по теории взаимодействия фаз при флотации малых частиц, изложенные в работах Б. В. Дерягина, С. С. Духина, Н. Н. Рулева 1960-1981 гг.).
Назрела необходимость углубленного изучения практической технологии флотационной очистки сточных вод, и, прежде всего, процессов напорной флотации. Несмотря на очевидную перспективность и большие масштабы применения напорных флотационных установок у нас в стране и за рубежом, до сих пор этот метод изучен недостаточно. В настоящее время практически отсутствуют научно обоснованные рекомендации по расчету и технологическому анализу работы установок напорной флотации и рациональному конструированию флотационного оборудования. Нормативные документы Госстроя СССР (СНиП П-32-74 и "Руководство по проектированию и расчету флотационных установок для очистки сточных вод", ВНИИ Водгео, 1978 г.) содержат лишь самые общие указания по проектированию флотационных установок, что не может удовлетворить потребности практики. С точки зрения повышения эффективности напорной флотации, как весьма перспективного метода очистки нефтесодержащих сточных вод, и получения возможности оптимизации работы флотационных установок необходимо знать закономерности процессов, происходящих в их основных элементах: напорном резервуаре, флотационном резервуаре (флотаторе) и дросселирующем устройстве. Научные исследования в указанном направлении начинают только развиваться. Отечественные и  зарубежные публикации ограничиваются несколькими десятками статей в периодической литературе. В настоящей работе делается попытка обобщить имеющиеся научные данные по напорной флотации нефтесодержащих сточных вод. Основой обобщения служат собственные исследования автора с сотрудниками, впервые попытавшимися в научном плане комплексно рассмотреть наиболее важные вопросы напорной флотации. Степень их научной проработки различна и не претендует на исчерпывающее решение проблемы, весьма сложной и масштабной. Однако во всех случаях автор стремится довести результаты до инженерных рекомендаций, необходимых практическим работникам, занятым исследованием, проектированием, строительством и эксплуатацией установок напорной флотации.
Приведенные в книге результаты научных исследований необходимо рассматривать как первый шаг в углубленном изучении технологии напорной флотации, который призван побудить специалистов расширить масштабы исследований и со временем создать теоретическую базу этого нового и перспективного метода очистки нефтесодержащих и других видов сточных вод.
Большое практическое значение имеют данные о закономерностях коагуляции нефтесодержащих сточных вод, которым в работе уделено должное внимание. С достаточной для практики глубиной в книге освещены вопросы сорбционной очистки нефтесодержащих вод. В обзорном плане рассмотрена технология озонирования и термического обезвреживания сточных вод
В настоящее время привлекают внимание электрохимические методы, в основном электрокоагуляция и электрофлотация, В этой технологии, не нашедшей пока широкого промышленного применения, есть ряд особенностей, которые с необходимой для практики полнотой освещаются в данной работе, что поможет дальнейшему производственному освоению электрохимических методов.
Большими возможностями для глубокой очистки сточных вод, в основном от растворенных нефтепродуктов, обладает биохимический метод. Его практическое применение на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах дает положительные результаты. Однако в системе предприятий для хранения и транспорта нефтепродуктов его еще предстоит внедрять. Для более глубокого понимания сущности и особенностей биохимических процессов при очистке нефтесодержащих сточных вод в книге приведены минимально необходимые научные данные. Практическое применение метода должно опираться на уже сложившийся опыт разработки и использования сооружений биохимической очистки сточных вод вообще. В связи с этим в книге рассмотрены технологические схемы, основные вопросы устройства и проектирования сооружений биохимической очистки сточных вод и обработки осадков в масштабах современных нефтебаз и других аналогичных предприятий.

ГЛАВА 1
СТОЧНЫЕ ВОДЫ
ПРЕДПРИЯТИЙ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТА НЕФТЕПРОДУКТОВ
§ 1.1. Водоотведение нефтебаз и перекачивающих станций
Нефтебазы являются предприятиями, которые предназначены для приема, хранения и выдачи потребителям различных нефтепродуктов. Они представляют собой комплекс технологических, производственных, энергетических и вспомогательных сооружений.
По своему назначению нефтебазы могут быть перевалочными, распределительными, перевалочно-распределительными и базами хранения. Перевалочные нефтебазы - транспортировке нефти и нефтепродуктов различными видами транспорта (водным, морским, железнодорожным, трубопроводным). Распределительные нефтебазы являются наиболее распространенными и предназначены для снабжения непосредственных потребителей нефти и нефтепродуктов, расположенных в районе, обслуживаемом базой. Перевалочно-распределительные нефтебазы выполняют функции перевалочных и распределительных нефтебаз.
С развитием трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов во многом аналогичными нефтебазам объектами стали перекачивающие станции магистральных нефтепродуктопроводов, которые по назначению могут быть головными или промежуточными, а также наливными пунктами.
В зависимости от вместимости, под которой понимается суммарное количество нефтепродуктов, хранимых в резервуарах и таре, нефтебазы делятся на три категории: первую  (свыше 100 000 м3), вторую (от 20 000 до 100 000 м3) и третью (до 20 000 м3) [1-3].
В состав нефтебазы обычно входят следующие объекты (рис. 1.1): резервуары для различных видов нефтепродуктов и продуктовые насосные станции в зоне хранения (резервуарном парке); сливо-наливные эстакады (причалы), насосные станции, сливные (нулевые) резервуары в сливо-наливной зоне; разливочные горючего в тару, бочкопропарочные и маслорегенерационные установки, площадки для налива в автоцистерны в производственно-технической зоне. В административно-вспомогательной зоне размещаются управление, лаборатория, мехмастерская, котельная, гараж, пожарное депо и другие объекты. Значительное место на территории нефтебазы занимает площадка очистных сооружений систем водоотведения (канализации).
В процессе эксплуатации на нефтебазах образуются производственные и дождевые нефтесодержащие сточные воды. Производственные сточные воды включают в себя следующие разновидности нефтесодержащих вод:
1) отстойные (подтоварные) - из продуктовых резервуаров, где они образуются в результате отстаивания обводненных нефтепродуктов;
2) обмывочные - после мытья бочек из-под нефтепродуктов, закрытых производственных площадей и сливо-наливных эстакад (причалов);
3) загрязненный конденсат - от пароподогревательных устройств для темных нефтепродуктов;
4) вода от уплотнения сальников и охлаждения подшипников нефтяных насосов.
Некоторое количество загрязненной нефтепродуктами воды поступает из лаборатории.
Объем отстойных вод зависит от степени обводненности нефтепродуктов, которая определяется условиями их транспортировки и хранения. Источниками поступления влаги в нефтепродукты являются просачивание воды через неплотности емкостей при выпадении осадков и транспортировке в нефтеналивных судах, конденсация влаги из воздуха в период хранения, разогрев острым паром темных нефтепродуктов.
Обводненность нефтепродуктов принимается в следующих размерах [3], %:
а) при доставке по воде в наливных судах:
- светлые нефтепродукты (бензин, керосин, дизельное топливо) - 1-2;
- темные нефтепродукты (сырая нефть, мазут, масла) - 5-6;
б) при доставке железнодорожным транспортом или по трубопроводам:
- светлые нефтепродукты - 0,25-1,0;
- темные нефтепродукты - 5-6.
При зачистке резервуаров от нефти и нефтепродуктов образуются высококонцентрированные сточные воды в объеме 0,4-0,6 м3 на 1000 т грузооборота. Они должны сначала отводиться сборно-разборными трубопроводами в шлаконакопители, из которых отстоенная вода может быть сброшена в производственную канализацию.
Загрязненный конденсат поступает от пароподогревательных устройств при нарушении плотности трубных коммуникаций. Его расход может достигать расхода пара в соответствующих подогревателях. При качественном монтаже и высоком уровне эксплуатации этот вид загрязненных нефтепродуктами вод можно свести к минимуму. Загрязненность конденсата нефтепродуктами, в основном мазутом, колеблется от 0-20 мг/л до 50-100 тыс. мг/л.
Вода, используемая для уплотнения сальников и охлаждения подшипников нефтяных насосов, может содержать примеси нефтепродуктов на уровне 10-50 мг/л. Расход этих вод определяется паспортной характеристикой насосов и обычно находится в пределах 1,5-5,0 м3/ч. Таких вод образуется примерно 10-20 м3 на 1000 т грузооборота.
Наряду с перечисленными загрязненными производственными сточными водами на нефтебазах образуются и не загрязненные нефтепродуктами сточные воды (условно чистые).
Среднегодовой суммарный объем производственных сточных вод на нефтебазах и перекачивающих станциях нефтепродуктопроводов приведен в табл. 1.1 [3].
Особым видом загрязненных нефтепродуктами вод являются балластные воды, которые поступают на нефтебазы, связанные с перевозкой нефти и нефтепродуктов наливными судами (танкерами). Эти воды представляют собой закачиваемую в танки судна забортную морскую или речную воду, с помощью которой сохраняются мореходные качества танкера в период обратного рейса после сдачи нефтегруза в пункте назначения. Перед очередной загрузкой балластные воды, загрязненные остатками нефтепродуктов, подлежат удалению из танков судна. Международной конвенцией по предотвращению загрязнения моря с судов A973 г.) запрещен сброс в открытом море любых вод, загрязненных нефтепродуктами свыше 100 мг/л, а в прибрежной полосе A2 миль)-свыше 15 мг/л [4].
Они должны быть очищены с помощью бортовых очистных устройств или сданы на береговые очистные сооружения нефтебазы. На основании опыта эксплуатации танкерного флота в последние годы количество балластных вод обычно составляет 40-50 % от грузоподъемности (дедвейта) судна для танкеров дедвейтом до 50 тыс. т и 25-30 % для танкеров дедвейтом до 250 тыс. т. Массовые перевозки нефтепродуктов у нас в стране осуществляются танкерами грузоподъемностью 1,5- 50 тыс. т. Крупномасштабные морские перевозки осуществляются танкерами дедвейтом до 100-200 тыс. т и более. Подача балластных вод в приемные (буферные) емкости очистной станции нефтебазы осуществляется, как правило, грузовыми насосами танкеров [2, 4]. Содержание нефтепродуктов в балластных водах достигает 5000 мг/л [5].
Наряду с балластными водами некоторые нефтебазы должны принимать для очистки с сухогрузных судов так называемые льяльные и подсланевые воды. Льяльные воды образуются в льялах (осадочной части судна), куда поступают утечки воды, топлива и масел из трубопроводов и механизмов судна. Подсланевые воды скапливаются под сланями (решетчатыми полами) машинных отделений судов. Содержание нефтепродуктов в этих водах 300-1000 мг/л и более.
Дождевые сточные воды на нефтебазах образуются при выпадении дождя. К этой же категории относятся талые воды. Та часть дождевых вод, которая поступает с загрязненных поверхностей, помимо обычных механических примесей содержит нефтепродукты и поэтому подлежит отведению и очистке совместно с производственными водами. Сюда относятся сточные воды с обвалованных участков резервуарных парков, со сливо-наливных эстакад, причалов и площадок. С незагрязненной части территории нефтебазы дождевые, и талые воды отводятся самостоятельно и сбрасываются без очистки. В дождевых водах с обвалованных участков резервуарного парка содержится нефтепродуктов до 20 мг/л, взвешенных веществ до 300 мг/л. Загрязнение дождевых вод, поступающих с открытых производственных площадок, аналогично загрязнению обмывочных вод.
Расчетные расходы дождевых вод определяются по методу предельных интенсивностей (СНиП П-32-74. Канализация. Наружные сети и сооружения); Период однократного переполнения сети для площадок с этилированным горючим принимается равным 1 году, для остальных 0,33 года. Расчетные расходы загрязненных дождевых вод на крупных нефтебазах достигают 200 л/с. Выпуск дождевых вод с обвалованных участков резервуарных парков регулируется с помощью специальных запорных устройств-хлопушек, которые обычно находятся в закрытом состоянии. Эта часть расхода загрязненных дождевых сточных вод в расчетный расход не входит, так как из обвалования воду можно выпускать в период минимальных расходов сточных вод от других источников водоотведения нефтебазы. Обычно исходят из условия выпуска дождевых вод из обвалования в течение 24 ч.
Наряду с перечисленными видами нефтесодержащих вод на нефтебазах в редких случаях могут образовываться загрязненные нефтепродуктами воды от охлаждения наземных резервуаров при пожаре. Их расчетный расход при выпуске из обвалования определяется аналогично расходу дождевых вод.
...