16
определяется преимущественно товарными нефтепродуктами, таким как
автомобильное топливо (бензин, керосин, газойль, лигроин, соляровый ди-
стиллят), дизельное топливо (смесь соляровых и керосиновых фракций
крекинга нефти), котельное топливо (мазут) и смазочные материалы.
Таблица 1
Содержание в нефти основных углеводородов и их производных, %
(из различных месторождений нефти) [13]
Компоненты нефти
Нефть сырая
Циклопарафиновые (нафтены, циклоалка-
ны)
30–50
Алифатические, парафиновые (алканы)
10–25
Ароматические (бензин, полинуклеарные
соединения)
10–20
Асфальтовые (асфальтены, гетероцикличе-
ские вещества, содержащие азот, кислород,
серу)
5–15
Олефины
0
Главная особенность нефтезагрязнений в сточных водах состоит в
меньшей плотности, в сравнении с водой (бензин имеет плотность 0,70–
0,76 г/см
3
, дизельное топливо – около 0,80–0,90, реактивное топливо – до
0,80–0,85 и мазут – около 0,94–1,0 г/см
3
) и низкой растворимости в воде. В
мелких фракциях нефти (бензины) она не выше 20–30 мг/л, керосинах - 70-
90 мг/л, а в тяжелых фракциях – приближается к нулю.
Используя общепринятые показатели, представляющие ориентиро-
вочный состав нефтесодержащих сточных вод (табл. 2), можно судить о
степени их загрязнения нефтепродуктами и выбирать наиболее оптималь-
ный и эффективный способ очистки [13].
Таблица 2
Состав сточных вод
Загрязнитель
Содержание, мг/л
Нефтепродукты, в т.ч.:
500 - 15000
взвешенные (капельные)
400 - 14500
эмульгированные
5 - 20
17
растворенные
50 - 300
БПК5
140 - 700
Сухой остаток
600 - 850
Прокаленный сухой остаток
300 -600
Тетраэтилсвинец
1 - 2
Активная реакция (рН)
7,0 – 8,0
Объем нефтесодержащих сточных вод непосредственно зависит от
мощности предприятия и годового объема грузооборота. Приведем нормы
стоков на примере нефтебаз (табл. 3).
Таблица 3
Среднегодовой объем производства сточных вод нефтепроизводственных
предприятий
Предприятие
Годовой грузо-
оборот нефте-
продуктов,
тыс. тонн
Система водо-
снабжения
предприятия
Среднегодовой
объем произ-
водства сточ-
ных вод,
м
3
/1000 тонн
грузооборота
Распределительные
нефтебазы
< 30
прямоточная
30
30-60
30-50
60-100
50-70
100-300 и более
55-70
Перевалочные нефтеба-
зы
< 100
прямоточная
50
100-500
50-70
500-1000
70-200
1000-5000
100-200
5000-10000
90-100
Перекачивающие
станции нефтепрово-
дов:
прямоточная и
оборотная
головные
< 1000
7
1000-5000
10-7
5000-10000
7-5
промежуточные
< 1000
4
1000-5000
3-4
5000-10000
2-3
наливные
< 3000
5
> 3000
4
Для охраны подземных и поверхностных вод разработан комплекс
мер, включающий снижение используемого водопотока на предприятиях,
18
применение эффективных способов очистки сточных вод, контроль соста-
ва сбрасываемых стоков (по рекомендациям ВОЗ) [13].
Помимо этого, существуют пороговые концентрации и предельно
допустимые концентрации (ПДК) для нефти и нефтепродуктов в воде вод-
ных объектов (табл. 4).
Таблица 4
Пороговые и предельно допустимые концентрации нефти и
нефтепродуктов в воде водоемов, мг/л [28]
Загрязняю-
щее вещество
Пороговые концентрации, влияющие
на:
Предельно допустимые
концентрации (ПДК) в воде
водоемов
санитар-
ный режим
водоема
органолеп-
тические
свойства
воды
организм
животных
рыбохо-
зяйствен-
ного
назначения
хозяйственно-
питьевого
назначения
Нефть
3
0,3
300
0,05**
0,3*
Мазут
3
0,3
-
0,05**
0,3*
Бензин
-
0,1
-
0,05**
0,1*
Керосин
-
0,1
-
0,05**
0,1*
Бензол
25
5,0
0,5
0,5***
0,5***
Толуол
25
0,5
200
0,5*
0,5*
Ксилол
1
0,05
0,1
0,05*
0,05*
Стирол
10
0,15
100
0,1*
0,1*
Нафтеновые
кислоты
100
0,3
200
-
0,3*
Этилен
10
0,5
1,5
-
0,5*
Пропилен
10
0,5
1,5
-
0,5*
Тетраэтил-
свинец
отсутствие
Примечание: * Нормирование по органолептическим признакам вредного
воздей ствия.
**Нефть и нефтепродукты, находящиеся в состоянии эмульсии.
***Нормирование по санитарно-токсикологическим признакам
вредного воздействия.
В водоемах содержание токсических веществ нормируется «Прави-
лами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» [42] ,
СанПиН 4630–88 Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод
от загрязнения [46], СанПиН 2.1.5.980-00 Гигиенические требования к
охране поверхностных [45]. При этом к водоемам санитарно-бытового и
19
рыбохозяйственного водопользования предъявляются очень высокие тре-
бования.
1.2. Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов
Для очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов исполь-
зуют общепринятую классическую схему очистки [20, 41], включающую
три основные метода:
- механическая очистка от грубодисперсных примесей – является ос-
новным самым распространенным методом при очистке сточных вод, со-
держащих нефтепродукты;
- физико-химическая очистка – применяется для удаления из стоков
вод остаточных количеств нефтепродуктов, растворенных и коллоидных
загрязнений, содержание которых в сточных водах после этапа механиче-
ской очистки остается почти неизменным;
- биохимическая очистка – один из основных методов очистки
нефтезагрязненных сточных вод как непосредственно перед сбросом в от-
крытый водоем, так и перед направлением на повторное использование в
систему оборотного водоснабжения.
Содержание нефтепродуктов в сточных водах нефтепромышленного
комплекса может достигать достаточно высоких концентраций [32].
Определение метода очистки стоков от нефтепродуктов зависит от
вида нефтехимических компонентов-примесей. Сточные воды разделяют
по группам нефтепродуктов, используя составные методы очистки и учи-
тывая следующие правила:
- минимизировать объемы сбрасываемых нефтесодержащих сточных
вод;
- стремиться к достижению минимальных количеств выбросов сточных
вод от предприятий нефтепромышленности;
- максимально извлекать все примеси, подлежащие дальнейшей вто-
ричной переработке;
20
- стремиться к повторному оборотному применению очищенных вод в
производственных технологиях предприятия.
Окончательный выбор метода очистки нефтесодержащих водных
масс предполагает оптимальную экономическую целесообразность.
Помимо этого, промышленная очистка сочных вод предполагает
применение реагентных методов: коагуляцию, флокуляцию, осаждение
примесей, флотацию, фильтрацию, ионный обмен и т.д.
Механическая очистка. Механическая очистка сточных вод –
обычно является первым этапом очистки, при помощи которой бытовые
воды очищаются до 65%, а производственные воды – до 95%. Главной за-
дачей механической очистки является подготовка стоков к последующим
этапам обработки. Она является дешевым способом и всегда эффективна
при очистке сточных вод. Схема механической очистки сточных вод при-
ведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема механической очистки сточных вод
На данном этапе отстаиванием, процеживанием или фильтрованием
удаляют крупные механические частицы разного происхождения.
21
Сначала происходит процеживание стоков через сита с разным раз-
мером ячеек. Отстаивание эффективно для удаления веществ, отличаю-
щихся плотностью от воды: легкие фракции поднимаются вверх, а тяже-
лые – опускаются на дно. Песколовки способствуют выпадению осадка.
Нефтеловушки (жироловки, маслоуловители) используются для отделения
всплывших частиц.
Фильтрование эффективно при очистке стоков от мелких частиц. Для
этого сточные воды проходят через фильтры с фильтрующей массой из
разных тканей, химических и зернистых материалов, на активной поверх-
ности которой собирается взвесь [32].
Песколовки. В песколовках собираются примеси с размером частиц
от 200 мкм. Принцип действия песколовок заключается в разности движе-
ний тяжелых частиц в сточных водах. Песколовки различают горизонталь-
ные, вертикальные, прямолинейные, круговые, с вращательно-
поступательным движением вод. Выбор конструкции зависит от объема
подаваемой воды и количества примесей.
На очистных сооружениях нефтепромышленных предприятий
наиболее эффективными являются песколовки горизонтального типа, ко-
торые очищают раз в несколько дней с использованием гидроэлеваторов.
Статистические отстойники – применяются для очистки стоков от
крупнодисперсных частиц. На отстойниках применяются силы гравитации,
при которых частицы всплывают вверх и оседают на дно (рис. 2).
Отстаивание продолжается от 6 до 24 часов. Затем через перфориро-
ванные трубы со дна отстойников удаляют осадок, с поверхности воды
очищают всплывшие нефтепродукты, чистую воду откачивают.
Динамические отстойники используют для удаления примесей во
время движения очищаемых сточных вод. В таких отстойниках водные
массы постоянно движутся по вертикали или горизонтали.
22
Тонкослойные отстойники. Этот тип отстойников благодаря своим
высотным параметрам отличается временем ожидания всплытия частиц,
поскольку скорость процесса прямопропорциональна толщине слоя очи-
щаемой сточной воды.
Рис. 2. Статистический отстойник с вращающимся сборно-
распределительным устройством: 1 – трубопровод подачи воды; 2 – чаша
центральная; 3 – сборник-распределитель; 4 – скребки; 5 – трубопровод
отвода очищенной воды [32]
Недостатком таких отстойников является устройство дополнитель-
ных резервуаров для разделения легко отделяемых нефтепродуктов.
Гидроциклоны. При их использовании работает принцип оседания
взвешенных тяжелых частиц под воздействием центробежной силы
(рис. 3). Различают гидроциклоны напорные и безнапорные.
В напорных гидроциклонах очищаемая вода меняет направление
своего движения и устремляется к центру потока, а в безнапорных гидро-
циклонах – подается вниз по касательной. Нефтяная пленка собирается в
центре потока, затем из нефтепродуктов образуется конус, который легко
удаляется.
23
Центрифуги различают отстойные и фильтрующие. В перфориро-
ванном барабане центрифуги вращается суспензия. По периметру натянута
ткань или сетка, на ней задерживаются нефтяные примеси, которые легко
очищаются.
Рис. 3. Многоярусный низконапорный гидроциклон:
1 – конические диафрагмы; 2 – впускные камеры; 3 – насадки для отвода
воды; 4 – корпус; 5 – шламоприемные щели; 6 – окна для отвода масел;
7 – трубопровод для отвода масел; 8 – трубопровод для отвода шлама:
9 – бункер для шлама; 10 – трубопровод для отвода осветленной воды;
11 – водосливная стенка; 12 – маслоудерживающий щит; 13 – воронка для
отвода масел
Фильтры. Фильтрование применяется после отстойников. Их работа
основана на прилипании нефтяных примесей к активной массе фильтрую-
щей поверхности. Для грубой очистки используются ткани, а для молеку-
лярной – мембраны.
Фильтрование в ряде случаев является единственным приемлемым
способом очистки [22]. Фильтры различают напорные и безнапорные, ско-
ростные (2 – 15 м/ч), медленные (0,5 м/ч), сверхскоростные (25 м/ч). Из
24
них скоростные фильтры делятся на однослойные и многослойные. При-
мер фильтра представлен на рис. 4 и 5.
В качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок,
графит, керамзит, полимерные материалы (пенополистирол, синпон, пено-
полиуретан), кокс, сетки, нетканые материалы из синтетических волокон.
При регенерации фильтрующих синтетических материалов удаляется око-
ло 95% адсорбированных нефтепродуктов. Экономическую целесообраз-
ность фильтрования определяют продолжительностью работы фильтра
меж промывками, поэтому фильтрование чаще всего применяют после
этапа предварительной механической очистки.
Рис. 4. Напорный вертикальный фильтр с зернистой загрузкой:
1 – трубопровод для подачи воды на очистку; 2 – слой зернистого филь-
трующего материала; 3 – верхнее распределительное устройство; 4 – кон-
25
трольный элиптический лаз; 5 – круглый лаз; б – трубопровод для подачи
промывной воды; 7 – трубопровод для отвода первого фильтрата ; 8 – то
же, очищенной воды; 9 – то же, промывной воды; 10 – трубопровод сжато-
го воздуха; 11 – штуцер для гидравлической выгрузки и загрузки филь-
трующего материала
Рис. 5. Участок напорных фильтров очистных сооружений ля очистки
сточных вод