Стахов - Очистка нефтесодержащих сточных вод
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,
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,
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,
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
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.
...