Устройство для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах
DEVICE FOR TRAPPING OIL, OIL PRODUCTS AND SUSPENDED SOLIDS IN INDUSTRIAL AND STORM WASTEWATER

Изобретение относится к устройствам очистки поверхностных и производственных сточных вод от нефти (нефтепродуктов) и взвешенных веществ или поверхностных дождевых сточных вод с территорий объектов магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов, поступающих из резервуаров-накопителей перед подачей их на очистные сооружения.
Из уровня техники известно устройство локальной очистки ливневых стоков от примесей нефтепродуктов и взвешенных частиц, раскрытое в патенте на полезную модель RU 170 603 U1 (МПК: G02F 1/40; опубликовано: 02.05.2017) и относящееся к очистным сооружениям для очистки ливневых стоков от примесей нефтепродуктов и взвешенных частиц и может использоваться при очистке дождевых сточных вод с территорий автостоянок и автозаправочных станций.
Устройство локальной очистки ливневых стоков от примесей нефтепродуктов и взвешенных частиц содержит приемную камеру с цилиндрическим люком и входным коллектором, имеющем на конце насадок, камеру-отстойник с цилиндрическим люком и фильтрационную камеру с адсорбционным наполнителем и люком прямоугольной формы, выходной штуцер. При этом насадок входного коллектора имеет коноидальную форму. В приемной камере расположены два сетчатых сегмента, выполненные из нержавеющей проволоки. Камера-отстойник имеет на входе две решетки с наклонными жалюзи, на входе в фильтрационную камеру установлены две решетки с наклонными жалюзи. В фильтрационной камере размещены блочно-модульные сегменты с адсорбентом, при этом ободы блочно-модульных сегментов имеют резиновые прокладки.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности сбора примесей нефти и нефтепродуктов в отдельную емкость. Кроме того, в устройстве не предусмотрена возможность безостановочной работы и для очистки фильтрационных элементов или их замены устройство необходимо отключить от входного коллектора и полностью опорожнить. В устройстве не предусмотрена очистка сточных вод от механических примесей.
Из уровня техники известно устройство очистки поверхностных сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов, изложенное в патенте на изобретение RU 2 610 507 С2 (МПК: C02F 9/08, C02F 1/52, C02F 1/28, B01D 21/01, B01D 29/11, C02F 103/44; опубликовано: 03.02.2017).
Первоначально исходные сточные воды поступают в распределительную камеру, снабженную корзиной для очистки поступающих стоков от песка и крупного мусора и устройством дозирования флокулянта, позволяющим осуществлять пропорциональное дозирование реагента без использования дозировочного насоса и электроэнергии. Затем сточные воды проходят стадию дополнительной механической очистки с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра.
Мешочный фильтр крепится на корзине для песка и крупного мусора и легко извлекается из распределительной камеры для регенерации (промывки) после каждого дождя или по мере необходимости. Стадия дополнительной механической очистки обеспечивает эффективность очистки от взвешенных веществ 50-75%, что дает возможность снизить нагрузку на стадии основной очистки, производить замену загрузок и выгрузку осадка из блока очистки не чаще 1 раза в год. Проведение дополнительной механической очистки с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра позволяет направлять на очистку сильнозагрязненные поверхностные стоки с территорий промышленных предприятий, полигонов ТБО, нефтеперерабатывающих заводов и нефтебаз, автозаправочных станций, автостоянок.
В блоке очистки вода снизу вверх последовательно проходит через слои фильтрующих и сорбирующих загрузок. Нижний фильтрующий слой из цилиндрических колец, засыпанных в навал, служит для равномерного распределения потока и тонкой механической очистки от взвешенных веществ, а также для накопления и уплотнения накопленного осадка, во втором слое из высокоэффективного нефтепоглощающего полимерного сорбента марки Уремикс-913 происходит сорбция свободных и эмульгированных нефтепродуктов, в третьем слое загрузки из сорбента с прикрепленной микрофлорой на основе природного алюмосиликата марки С-Верад  - дополнительная сорбция растворенных нефтепродуктов и мелкодисперсных взвешенных веществ до норм сброса в водоем рыбохозяйственного назначения.
Недостатком известного решения является невозможность замены фильтрующих слоев в связи с использованием способа формирования слоев фильтрации внавал. В изобретении не проработан вопрос периодической очистки от донных отложений и механических примесей как на канализационной насосной станции, так и на устройстве очистки.
Из уровня техники известна установка очистки ливневых сточных вод, защищенная патентом на изобретение RU 2 289 548 С1 (МПК: C02F 1/40; опубликовано: 20.12.2006). Установка содержит приемный аккумулирующий резервуар, выполненный в виде горизонтально размещенного цилиндра, в котором установлены очистные сооружения, включающие пескосборные бункеры, первую ступень блока отделения взвешенных частиц и нефтепродуктов, выполненную в виде тонкослойного модуля из пучка труб, изготовленных из материала, обладающего высоким коэффициентом коалесценции, и вторую ступень блока отделения взвешенных частиц и нефтепродуктов, выполненную в виде емкости, заполненной свободно плавающими гранулами материала, обладающего высоким коэффициентом коалесценции. В установке очистки ливневых сточных вод приемный аккумулирующий резервуар является первичным отстойником, нефтеловушкой и накопителем уловленных шламов.
Размещение очистных сооружений внутри приемного аккумулирующего резервуара не обеспечивает возможность безостановочной работы установки и требует ее остановки для периодической очистки и промывки.
Проанализированные технические устройства являются аналогами заявляемого изобретения, прототип не выявлен. В предлагаемом устройстве для улавливания нефти и нефтепродуктов с поверхности сточных вод предусмотрена безреагентная технология механической очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ отстаиванием и фильтрованием с предварительным коалесцированием.
Отстаивание сточных вод обеспечивает задержание крупнодисперсных загрязняющих веществ и нефтепродуктов. Отстаивание сточных вод обеспечивается большей скоростью оседания взвешенных частиц и большей скоростью всплытия нефтепродуктов относительно восходящей скорости сточных вод через поперечное сечение тонкослойных модулей в емкости. При этом тонкослойные модули обеспечивают большую поверхность, у которой пристенная скорость течения сточных вод равна нулю, для повышения эффективности осаждения крупнодисперсных взвешенных веществ и всплытия нефтепродуктов.
Коалесцирование нефтепродуктов основано на задержании и накоплении мелкодисперсных нефтепродуктов на поверхности гидрофобного материала с последующим укрупнением и отрывом укрупненных частиц нефтепродуктов и всплытия за счет разности плотности сточных вод и нефтепродуктов. Эффективность коалесцирования зависит от площади поверхности гидрофобного материала, ширины каналов и скорости прохода сточных вод через гидрофобный материал. Чем крупнее образованные в результате коалесценции частицы нефтепродуктов, тем эффективнее происходит их отделение от сточных вод всплытием на поверхность. В устройстве предусмотрены две ступени коалесцирования: через тонкослойные элементы и через слой плавающей загрузки. Фильтрование нефтесодержащих сточных вод осуществляется гидрофобным материалом, обеспечивающим удержание нефтепродуктов в объеме загрузки за счет капиллярного натяжения нефтепродуктов, а также механического задержания взвешенных веществ в волокнистой структуре загрузки.
Технической задачей предлагаемого изобретения является совершенствование устройства для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах, поступающих из резервуаров-накопителей перед подачей их на очистные сооружения или поверхностных дождевых сточных вод с территорий объектов магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении качества очистки производственно-дождевых сточных вод на основе безреагентной технологии механической очистки сточных вод от нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ отстаиванием и фильтрованием с предварительным коалесцированием, в обеспечении технического обслуживания и ремонта отдельных элементов устройства без остановки с переключением на работу только одной секции.
Техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах, содержит насосы для подачи воды в системы размыва донных отложений, две параллельные секции емкостей, разделенные перегородкой и размещенные на опорной раме с общим для двух секций блоком для размещения насосов для подачи воды в системы размыва донных отложений, каждая секция содержит аккумулятор-декантатор, блок коалесценции, резервуары очищенной воды с фильтрующим материалом, скиммеры, расположенные на выходе из аккумулятора-декантатора и блока коалесценции, при этом аккумулятор-декантатор состоит из блока тонкой сепарации, системы размыва донных отложений и погружного насоса, блок коалесценции состоит из модуля коалесцирующих тонкослойных элементов, многосекционного фильтра с плавающей загрузкой, погружного насоса и системы размыва донных отложений, резервуар очищенной воды с фильтрующим материалом содержит кассетный фильтр с фильтрующей загрузкой.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных случаях реализации изобретения за счет того, что:
- блок тонкой сепарации выполнен в виде тонкослойных гидрофобных пластин;
- модуль коалесцирующих тонкослойных элементов содержит профилированные гидрофобные слои;
- многосекционный фильтр с плавающей загрузкой выполнен из гранул вспененного пенополистирола крупностью 2-4 мм;
- многосекционный фильтр с плавающей загрузкой выполнен из кассетных фильтров с плавающей загрузкой, содержащих надфильтровальную зону для накопления объема воды для подачи в системы размыва донных отложений и разделенных перегородкой;
- системы размыва донных отложений аккумуляторов-декантаторов и блоков коалесценции выполнены с возможностью приема воды из резервуаров с очищенной водой посредством насосов или водопровода;
- кассетный фильтр с фильтрующей загрузкой выполнен из материала с микроволокнисто-пористой структурой с включениями хлопьев и гранул;
- устройство для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ снабжено системой обогрева, системой электрообогрева трубопроводов, системой электроснабжения, датчиками уровня жидкости и температуры;
- устройство для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ снабжено навесом.
Реализация изобретения поясняется чертежами (фигуры 1-3), где:
фиг. 1 - схемная компоновка устройства для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах;
фиг. 2 - вариант существующей типовой схемы для очистки от нефти и нефтепродуктов с поверхности сточных вод;
фиг. 3 - пример применения устройства для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах в типовой схеме для очистки от нефти и нефтепродуктов с поверхности сточных вод.
На фигурах обозначено:
1 - лоток для сбора нефти и нефтепродуктов скиммера;
2 - скиммер;
3 - гибкий плавающий элемент скиммера;
4 - блок тонкой сепарации;
5 - погружной насос;
6 - приямок аккумулятора-декантатора;
7 - система размыва донных отложений аккумулятора-декантатора;
8 - приямок блока коалесценции;
9 - система размыва донных отложений блока коалесценции;
10 - модуль коалесцирующих тонкослойных элементов;
11 - многосекционный фильтр с плавающей загрузкой;
12 - кассетный фильтр с плавающей загрузкой;
13 - емкость забора очищенной воды
14 - резервуары-накопители;
15 - резервуары статического отстаивания;
16 - канализационная насосная станция промышленный дождевых и сточных вод;
17 - коллектор для сбора нефти;
18 - канализационная насосная станция отстоянных сточных вод;
19 - станция очистки промышленный дождевых и сточных вод;
20 - канализационная насосная станция промышленный дождевых и сточных вод;
21 - устройство для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах;
22 - колодец для сбора осадка;
23 - колодец с гидрозатвором;
24 - распределительная камера;
25 - трубопровод поступления сточных вод;
26 - трубопровод для подачи очищенных сточных вод;
27 - трубопровод для подачи осадка в колодец для сбора;
28 - трубопровод для подачи уловленной нефти в сборник;
29 - аккумулятор-декантатор;
30 - блок коалесценции;
31 - резервуар очищенной воды с фильтрующим материалом;
32 - трубопровод подачи теплоносителя;
33 - трубопровод приема охлажденного теплоносителя;
34 - трубопровод подачи сточных вод в устройство для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах;
35 - флотатор;
36 - 5-ти ступенчатый фильтр.
Устройство для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах (далее - устройство для улавливания нефти) применяется как в качестве отдельного сооружения, так и в составе системы для очистки от нефти и нефтепродуктов с поверхности сточных вод.
Устройство для улавливания нефти включает в себя насосы для подачи воды в системы размыва донных отложений, две параллельные секции емкостей, разделенные перегородкой и размещенные на опорной раме с общим для двух секций блоком для размещения насосов для подачи воды в системы размыва донных отложений
Каждая секция емкостей устройства для улавливания нефти содержит следующее основное технологическое оборудование: аккумулятор-декантатор 29, блок коалесценции 30, резервуар очищенной воды с фильтрующим материалом 31, скиммер 2 (фиг. 1).
Аккумулятор-декантатор 29 работает как отстойник, в котором осуществляется гравитационное осаждение взвешенных веществ и их конгломератов с нефтепродуктами, а также всплытие капель нефтепродуктов на поверхность.
3
Каждый аккумулятор-декантатор 29 включает в свой состав блок тонкой сепарации 4, погружной насос 5, систему размыва донных отложений 7. В блоке тонкой сепарации 4 установлены тонкослойные гидрофобные пластины, которые увеличивают площадь осаждения и эффективность использования пространства, обеспечивая тем самым отделение более легких взвешенных веществ с плотностью менее 1500 кг/м и частиц с гидравлической крупностью более 0,7 мм.
Нефтепродукты с поверхности воды, которая находится в блоках тонкослойной сепарации 4, удаляются скиммерами 2, размещенными на выходе из аккумулятора декантатора 29, с лотков для сбора нефти и нефтепродуктов 1 скиммера 2 в гибкие плавающие элементы скиммера 3 и, далее, в накопительный колодец нефтепродуктов (на фиг. 1 не показан). Накопленный на дне осадок отводится в накопительный колодец нефтепродуктов (на фиг. 1 не показан) погружными насосами 5, размещенными в приямках аккумуляторов-декантаторов 6. Для размыва донных отложений и смыва осадка со дна аккумуляторов-декантаторов 29 в приямках аккумуляторов-декантаторов 6 предусмотрены системы размыва донных отложений 7, в которые подается вода из резервуаров очищенной воды 31 насосами или из водопровода.
Каждый блок коалесценции 30 содержит модуль коалесцирующих тонкослойных элементов 10, многосекционный фильтр с плавающей загрузкой 11, погружной насос 5 и систему размыва донных отложений 9.
Нефтепродукты с поверхности воды блока коалесценции 30 удаляются скиммером 2, размещенными на выходе из блока коалесценции 30.
Резервуары очищенной воды с фильтрующий материалом 31, содержат кассетные фильтры с плавающей загрузкой 12, которая имеет сложную волокнисто-пористую структуру с включениями хлопьев и гранул, позволяющим быстро пропускать воду.
Для обеспечения функционирования устройства для улавливания нефти при пониженных температурах, при которых возможно замерзание воды, в состав технологического оборудования устройства для улавливания нефти входят система обогрева (теплоспутник), система электрообогрева трубопроводов, система электроснабжения, комплект датчиков (уровня, температуры), комплект подключения к коммуникациям и устройствам при работе в составе системы для очистки от нефти и нефтепродуктов с поверхности сточных вод (на фиг. 1 - 3 не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Предварительно очищенные от механических примесей производственно-дождевые сточные воды из поверхностной зоны аккумуляторов-декантаторов 29 поступают в нижнюю часть блоков коалесценции 30, которые снабжены самотечными многосекционными фильтрами с плавающей загрузкой 11.
В блоках коалесценции 30 очистка производственно-дождевых сточных вод производится при восходящем движении воды через попеременно наклонные (например, под углом 60°) к горизонтали слои модулей коалесцирующих тонкослойных элементов 10 за счет контакта мелких капель нефтепродуктов с профилированной гидрофобной поверхностью слоев, коалесценции мелких капель нефтепродуктов на поверхности тонкослойных элементов и всплытия укрупненных капель нефтепродуктов на поверхность. При этом происходит гравитационное осаждение взвешенных веществ. Расстояние между тонкослойными элементами в блоках коалесценции 30 меньше, чем в аккумуляторах-декантаторах 29, при этом удельная площадь поверхности коалесценции на единицу объема значительно выше. Структура и высокая площадь поверхности осаждения модуля способствует слиянию (коалесценции) мелких капель нерастворенных нефтепродуктов в более крупные, что способствует их отделению и всплытию на поверхность. Модули коалесцирующих тонкослойных элементов 10 обеспечивают отделение всплывающих частиц нефтепродуктов размером более 0,2 мм.
Накопленный на дне аккумуляторов-декантаторов 29 и блоков коалесценции 30 осадок отводится погружными насосами 5 в накопительный колодец осадка 22 по напорному трубопроводу 27 или в автоцистерну (на фиг. 1 не показана). Погружные насосы 5 размещены в приямках аккумуляторов-декантаторов 6 и блоков коалесценции 8. Для размыва донных отложений и смыва осадка со дна аккумуляторов-декантаторов 29 и блоков коалесценции 30 в приямках предусмотрены системы размыва донных отложений 7, 9, в которые подается вода из резервуаров очищенной воды 31 насосами или из водопровода.
Прошедшая модули коалесцирующих тонкослойных элементов 10 вода поступает на более глубокую очистку в многосекционный фильтр с плавающей загрузкой 11. В качестве загрузки используются гранулы вспененного пенополистирола крупностью 2-4 мм. Фильтрация осуществляется сверху вниз. При фильтрации сверху вниз вода движется к убывающей крупности частиц загрузки, что позволяет эффективно очистить производственно-дождевые сточные воды при увеличении грязеемкости фильтрующего слоя. Малая ширина каналов воды в слое плавающей загрузки и большая площадь поверхности плавающей загрузки модуля коалесцирующих тонкослойных элементов 10 способствует слиянию (коалесценции) мелких капель нерастворенных нефтепродуктов в более крупные, что существенно способствует их отделению от очищаемой воды и всплытию на поверхность.
Многосекционные фильтры с плавающей загрузкой 11 имеют несколько кассетных фильтров с плавающей загрузкой 12, каждый из которых отделен сплошной перегородкой, при этом у каждого многосекционного фильтра с плавающей загрузкой 11 имеется общая надфильтровальная зона для накопления объема воды для промывки фильтров. Промывка фильтров осуществляется в ручном или автоматическом режиме насосами через затворы с электроприводом (на фиг. 1 не показаны) в направлении, совпадающим с направлением потока воды при фильтровании. В процессе промывки плавающей коалесцирующей загрузки вода из надфильтровальной зоны устремляется вниз и растягивает по высоте слой загрузки, в результате чего происходит отмывка гранул от загрязнений.
Предварительно очищенные в блоках коалесценции 30 сточные воды направляются через переливную перегородку, определяющую уровень воды в устройстве для улавливания, в нижнюю часть резервуаров очищенной воды с фильтрующим материалом 31. Далее сточные воды образующимся напором за счет перепада высот уровня воды из блоков 30 коалесценции направляются восходящим потоком в резервуары очищенной воды 31 на фильтрование через кассетные фильтры с плавающей загрузкой 12. Фильтрующая загрузка состоит из материала, имеющего сложную микроволокнисто-пористую структуру с включениями хлопьев и гранул, который позволяет быстро пропускать воду.
Очищенные сточные воды после кассетных фильтров с плавающей загрузкой 12 направляются через переливные трубопроводы в емкость забора очищенной воды 13. Регенерация фильтрующего материала не требуется, по мере истощения емкости и кольматации фильтрующий материал подлежит замене.
Резервуары очищенной воды 31 оборудованы всасывающими патрубками для опорожнения или для подачи воды в системы размыва донных отложений в аккумуляторах-декантаторах 7 и блоках коалесценции 9 в ручном режиме насосами через затворы с электроприводом (на фиг. 1 не показаны).
Устройство для улавливания нефти может применяться как составная часть системы очистки промышленных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов площадочных объектов топливно-энергетического комплекса. Существующая типовая схема для очистки от нефти и нефтепродуктов с поверхности сточных вод показана на фиг. 2. Пример применения устройства для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах в типовой схеме для очистки от нефти и нефтепродуктов с поверхности сточных вод показан на фиг. 3. Состав и характеристики оборудования, а также сооружений, входящих в состав системы очистки промышленных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов приведен в таблице.
Заявляемое устройство для улавливания нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в производственно-дождевых сточных водах (позиция 8 в таблице) самостоятельно или в составе системы очистки промышленных и сточных вод от нефти и нефтепродуктов площадочных объектов топливно-энергетического комплекса обеспечивает высококачественную очистку сточных вод от различных видов загрязнения, при этом в устройстве реализована конструктивная схема, позволяющая выполнять техническое обслуживание и ремонт отдельных элементов устройства с переключением на работу только одной секции, дополнительно элемент улавливания поверхностных загрязнений в виде следов нефти и нефтепродуктов - скиммер 2 в случае выхода из строя оперативно заменяется без вывода всего устройства для проведения ремонтных работ.
3
3
3
3
3
За счет комплексного подхода к очистке сточных вод (многоступенчатого и многопоточного) заявляемое устройство обеспечивает снижение нагрузки на оборудование очистных сооружений промышленных дождевых и сточных вод, в частности на напорные флотаторы 6, обеспечивая снижение концентрации содержания нефтепродуктов с 65 мг/дм в соответствии с типовыми техническими решениями на выходе резервуаров статического отстоя 2 до 10 мг/дм по предлагаемой схеме очистки (фиг. 3), что позволит уменьшить вдвое количество коагулянта в флотаторе и уменьшить его расход на 50% (на 150 кг/год для производительности 5 м/ч, на 225 кг/год для производительности 10 м/ч и на 450 кг/год для производительности 20 м/ч). Кроме того, устройство обеспечивает уменьшение обводненности собираемой с поверхности сточных вод нефти и нефтепродуктов с 50% до 5% за счет использования скиммера.