КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к оборудованию для очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов и может быть использовано на предприятиях нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газоперерабатывающей промышленности, а также в смежных отраслях промышленности.
Очистка сточных вод от нефтепродуктов в связи с ростом объемов производства, транспорта и использования нефтепродуктов имеет большое значения для сохранения экологии окружающего пространства. В настоящее время разработано большое количество технологических схем, обеспечивающих достаточно эффективную очистку стоков [RU 2404133, RU 2344999, RU 2359919, RU 98123544, RU 2092448, RU 93390,. Бродач М.М., Шилкин. Н.В. Установка очистки сточных вод Living Machine // Сантехника. - 2002. - N6 и другие]. Выбор конкретной схемы определяется особенностями очищаемых стоков, их объемом, параметрами, задаваемыми при их проектировании. Однако, ужесточающиеся нормативные требования по защите экологии в связи с наблюдаемыми многочисленными случаями аварийных выбросов нефтепродуктов ставят вопрос о совершенствовании схем очистки с включением в них результатов последних научных достижений, что ведет к применению многоступенчатых очистительных схем.
Так, известна [RU 24193, 2002] установка для очистки сточных вод, включающая горизонтальный отстойник, пневматическую флотационную установку и фильтр доочистки, в которой для повышения эффективности очистки отстойник и флотационная установка снабжены блоками тонкослойного осветления с гидрофобными гофрированными поверхностями полок, а флотационная машина и фильтр доочистки содержат комбинированную фильтрующую загрузку.
Известна установка для очистки нефтесодержащих сточных вод, включающая их последовательную обработку путем отстоя в накопителе-усреднителе, затем в гидроциклоне с выделением концентрата нефтепродуктов и концентратов взвешенных веществ, фильтрацию в фильтре, загруженном пенополиуретаном в качестве полимерной загрузки, а также последующую до-очистку в электрохимическом фильтре пропусканием воды сверху вниз сквозь смесь гранул алюминия и железа, силицированного кальцита и угля марки АГ-3. Окончательную очистку воды осуществляют в сорбционном фильтре, загруженном активированным углем [RU №2156740]. Недостатком этих установок является недостаточно высокий эффект очистки сточных вод от растворенных трудноокисляемых органических веществ.
Известен способ очистки сточных вод [US 4487697, 1984], включающий в себя следующие ступени: механическое удаление примесей, анаэробную очистку, отстой в течение 2-10 ч с рециркуляцией части осадка на анаэробную очистку, аэробную очистку, отстой с рециркуляцией части осадка на аэробную очистку. При этом биоценоз, образованный на стадии анаэробной очистки, поддерживают отдельно от биоценоза аэробной очистки. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать органические и некоторые неорганические вещества, растворенные в сточных водах, для питания в процессе жизнедеятельности. При этом происходит процесс прироста биомассы, которая является составной частью активного ила. В первичных и вторичных отстойниках образуются осадки (избыточный активный ил), которые следует утилизировать или обрабатывать, с целью уменьшения загрязнения биосферы.
Однако, обработка и утилизация этих осадков весьма затруднена из-за большого их количества, разного состава и высокой влажности. Для обработки и обезвреживания осадков используют различные технологические процессы, требующие больших капитальных вложений и эксплуатационных затрат, кроме того для данной технологии характерна низкая степень очистки воды (по БПК5 95%).
Известен способ очистки сточных вод [SU 833582, 1981.] включающий отстаивание, предварительную аэрацию с избыточным активным илом, флотацию, биологическую очистку в аэротенке-смесителе, отделение активного ила от воды во вторичном отстойнике, биологическую очистку на биофильтре, смешение очищенной сточной воды с реагентом и отделение воды от активного ила в третичном отстойнике, возврат 1'2 части осадка третичного отстойника на флотацию. Избыточный активный ил после биологической очистки в аэротенке-смесителе подают на стадию предварительной аэрации, а циркулирующий активный ил после регенерации возвращают в аэротенк.
5
2
2
3
3
3
Недостатком данного способа и используемой установки являются низкая степень очистки (БПК 7 г O/м; ХПК 48 г O/м; содержание взвешенных веществ 6 г/м), большое количество образующихся в процессе отходов и, как следствие, большие капитальные и эксплуатационные затраты на их обработку, а также большие энергетические затраты на перекачку воды с возвратным илом. Кроме того, требуется обеззараживание очищенной воды.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является установка [RU 113263, 2010], которая состоит из трех функциональных блоков: предварительной очистки, флотации, доочистки и обеззараживания. Первый блок служит для первичной очистки воды путем выделения из нее крупных фракций посредством отстаивания и фильтрации. В блоке флотации осуществляется обработка воды в гидродинамическом кавитаторе и смешивание ее с озоно-воздушной смесью, генерируемой из атмосферного воздуха в лампе УФ-излучения, взаимодействие частиц загрязнений с добавляемым коагулянтом, их укрупнение и удаление посредством озонофлотации. Блок доочистки и обеззараживания обеспечивает доочистку воды фильтрацией с применением на финальной стадии одновременной обработки ультразвуком и УФ-излучением.
Недостатком данной установки является относительно невысокая эффективность очистки от высоких концентраций нефтепродуктов в сточных водах, большие эксплуатационные затраты на стадии флотации и доочистки.
Задачей, решаемой авторами, являлось создание более эффективной и простого в эксплуатации комплексной установки для очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Технический результат достигался путем включения в комплексную установку, содержащую блок предварительной очистки с использованием фильтрации, блок флотации и блок доочистки с использованием УФ-излучения, дополнительно блок биологической очистки и блок мембранных биологических реакторов, оснащением блока доочистки установкой фотохимической обработки жидкости, а блока предварительной очистки нефтеловушками со скреперными механизмами. При этом, в оптимальном варианте блок флотации включает в себя установку напорной флотации, а блок доочистки содержит по крайней мере один угольный фильтр.
Оснащение блока предварительной очистки нефтеловушками со скреперными механизмами позволило уже на этой стадии осуществить отделение части нефтепродуктов от жидкости, причем всплывшие нефтепродукты удаляются при помощи скреперного механизма. Освобожденная от части нефтепродуктов, а также взвешенных веществ, нефтепродуктов и железа, жидкость получила возможность без большой потери активности активного ила пройти обработку в биореакторе, где происходит окисление БПК и оставшейся части нефтепродуктов, а образовавшаяся взвесь удаляется в блоке мембранных биореакторов где уровень содержания взвешенных веществ падает ниже предела обнаружения, т.е. до практического нуля. Полученный продукт доочищается в ходе фотохимического окисление органических веществ в присутствии окислителя (пероксида водорода, озона и иных аналогичных веществ) при одновременном облучении УФ-лампой, в результате чего концентрация нефтепродуктов падает ниже предела обнаружения, т.е. до практического нуля. Угольный фильтр используется для гарантированного отсутствия вредных веществ в стоках и его наличие не является обязательным. Общая схема установки приведена на фиг.1, где используются следующие обозначения: 1 - 1-я ступень блока механической очистки (БМР); 2 - 2-я ступень блока механической очистки (БМП); 3 - блок напорной флотации (БНФ); 4 - блок биологической очистки (ББО); 5 - мембранный биореактор (МБР); 6 - блок фотохимического окисления (БФХО); 7 - установка доочистки на угольных фильтрах (БУФ).
БМР 1 представляет собой установку, которая содержит набор механических решеток, сблокированных с песколовками и снабженный механическим скреппером для удаления поверхностных загрязнений и шнековым механизмом для удаления песка и других тяжелых отложений. Как правило, используются решетки с мелким прозором (от 1 до 8 мм), однако возможно последовательное применение решеток с разным размером сетки - вначале решетки 3…8 мм, потом решетки 1…2 мм.
БОП 2 представляет собой ряд нефтеловушек и песколовок, снабженных скрепперным механизмом.
БРФ 3 содержит напорные флотаторы, где происходит удаление эмульгированных нефтепродуктов. При этом используются ламельные вертикальные флотаторы или иные аналогичные конструкции.
ББО 4 включает в себя аноксидную зону и зону аэрации. В блоке используют, как правило, аэротенки, работающие по технологии нитри-денитрификации с нитратным рециклом (или отдельным или совмещенным с рециклом активного ила), т.е. используется биологический процесс с выведением биогенных элементов.
МБР 5 представляет собой установку, содержащую ряд погружных половолоконных мембранных модулей
БФХО 6 представляет собой реактор, в котором в воду вводят окислитель (пероксид водорода, озон и т.п.), после чего вода облучается ультрафиолетом высокой интенсивности
БУФ 7 обеспечивает при необходимости доочистку сточных вод в экстремальной ситуации.
Комплекс работает следующим образом. Сточная вода поступает в БМР 1, где происходит удаление основных механических примесей. При этом в силу наличия скрепперного механизма, на 1-й ступени очистки производится также удаление наиболее легко сепарируемых нефтепродуктов. Далее очищаемый продукт поступает в БОП 2, где проходит через последовательно размещенные нефтеловушки Большое время пребывания воды в блоке позволяют эффективно осуществлять сепарацию нефтепродуктов от жидкости, всплывшие нефтепродукты удаляются при помощи скрепперного механизма.
Далее жидкий продукт поступает в БРФ 3, где смешивается с флокулянтом, например, сульфат алюминия В результате прохождения очищаемой водой блока флотации снижается содержание взвешенных веществ, нефтепродуктов и железа. Затем очищаемая вода в блок биологической очистки 4, где происходит окисление БПК и части нефтепродуктов, а затем в блок мембранных биореакторов (МБР 5), где происходит удаление оставшихся взвешенных веществ и образовавшуюся на этапе биологического окисления биомассу бактерий. В результате этого уровень содержания взвешенных веществ падает ниже предела обнаружения, т.е. до практического нуля. На последнем этапе в БФХО 6 происходит фотохимическое окисление органических веществ в присутствии окислителя (пероксида водорода, озона и иных аналогичных веществ) при одновременном облучении УФ-лампой в результате чего их концентрация падает ниже предела обнаружения, т.е. до практического нуля. Задача БФХО - вывести основную часть нефтепродуктов, которые остались в воде после биологии с целью облегчить работу угольных фильтров, т.к. поскольку на угольные фильтры пойдет меньше нефтепродуктов, уголь прослужит более длительный срок
БУФ 7 выполняет резервные функции и включается при необходимости проведения доочистки в экстремальной ситуации.
Сущность заявляемого технического решения и его промышленная применимость иллюстрируются следующими примерами.
Пример 1. На опытно-промышленной установке НПП «Биотехпрогресс», сконструированной по заявляемой схеме, производительностью 500 л воды в сутки проводились испытания по очистки сточных вод.
Очищаемая вода - смешанный производственно-дождевой сток 1 системы канализации и солесодержащий сток с ЭЛОУ характеризовалась следующими параметрами: БПК (полн.) - 150 мгО/л, содержание взвешенных веществ - 200 мг/л, содержание нефтепродуктов - 750 мг/л, общее солесодержание - 4000 мг/л, хлориды, не более - 1200 мг/л, железо, не более - 1,5 мг/л. При очистке сточная вода поступает на 2-х ступенчатую механическую очистку В ходе механической очистки первой ступени - содержание взвешенных веществ снизилось до 170 мг/л, содержание нефтепродуктов - до 520 мг/л (остальные параметры значимо не изменялись). Значительное (более чем на 30%) снижение содержания нефтепродуктов связано с тем, что при их содержании в концентрации порядка сотен миллиграммов на литр, большая их часть присутствовала в эмульгированном состоянии или в виде поверхностной пленки. Таким образом, нефтеловушки 1-й ступени позволили удалить большую часть свободноплавающих нефтепродуктов до их поступления на 2-ю ступень очистки. После очистки на 2-й ступени содержание нефтепродуктов снизилось до 120 мг/л.
В результате прохождения очищаемой водой блока реагентной флотации (коагулянт сульфат алюминия в дозе 50 мг/л по оксиду) содержание взвешенных веществ снизилось до 6 мг/л, содержание нефтепродуктов - до 8 мг/л, БПК (полн.) - до 60 мгО/л. Кроме того, содержание железа снизилось до 0,3 мг/л. Затем очищаемая вода поступает в блок биологической очистки, где происходит окисление БПК и части нефтепродуктов, а затем в блок мембранных биореакторов (МБР), где происходит удаление оставшихся взвешенных веществ и образовавшуюся на этапе биологического окисления биомассу активного ила (бактерий). В результате этого уровень содержания взвешенных веществ падает ниже предела обнаружения, т.е. до практического нуля; содержание нефтепродуктов снижается до 2-3 мг/л. А БПК (полн.) снижается до уровня менее 5 мгО/л.
На последнем этапе происходило фотохимическое окисление в присутствии 50 мг/л пероксида водорода, при интенсивности облучения 4 кДж/м3 В результате, удается достичь снижения БПК (полн.) до уровня ниже предела обнаружения, т.е. до практического нуля. При этом концентрация нефтепродуктов составила при этом 0,04 мг/л.
Пример 2. Установка, описанная в примере 1, использовалась для очистки воды следующего состава: БПК - 260 мгО/л; содержание взвешенных веществ - 450 мг/л, содержание нефтепродуктов - 500 мг/л, общее солесодержание - 3200 мг/л, хлориды, не более - 900 мг/л, железо, не более - 1,5 мг/л
В процессе последовательного прохождения стадий очистки качество очищаемой воды изменяется следующим образом: После механической очистки первой ступени - содержание взвешенных веществ снизилось до 320 мг/л, содержание нефтепродуктов - до 350 мг/л. Остальные параметры значимо не изменялись. После прохождения 2-й ступени содержание нефтепродуктов снизилось до 95 мг/л.
После прохождения очищаемой водой блока реагентной флотации (коагулянт сульфат алюминия в дозе 80 мг/л по оксиду) содержание взвешенных веществ снизилось до 8 мг/л, содержание нефтепродуктов - до 7 мг/л, БПК (полн.) - до 50 мгО/л; содержание железа - до 0,2 мг/л.
2
После прохождения блока биологической очистки мембран МБР уровень содержания взвешенных веществ упал ниже предела обнаружения, т.е. до практического нуля. Содержание нефтепродуктов снизилось до 2-3 мг/л; БПК(полн.)- до уровня не выше 5 мгО/л - таким
На этапе фотохимического окисления с параметрами примера 1 достигается практически полное удаление нефтепродуктов.
Пример 3. На установке, описанной в примере 1 проводилась очистка сточных вод, состава, приведенного в примере 1, за исключением концентрации нефтепродуктов, составляющей 4600 мг/л. (Столь высокая концентрация объясняется пиковым сбросом нефтепродуктов с установки ЭЛОУ.) Во время механической очистки 1-й ступени концентрация нефтепродуктов снизилась до 1800 мг/л., что объясняется тем, что при высоких концентрациях нефтепродукты мало склонны к эмульгированию, поэтому легко отделяются в виде пленки. На 2-й ступени механической очистки содержание нефтепродуктов уменьшилось до 250 мг/л.
На стадии флотации с увеличенной концентрацией флокулянта до 70 мг/л по оксиду алюминия удалось снизить концентрацию нефтепродуктов до уровня 7-8 мг/л. Прохождение дальнейших стадий аналогично результатам примера 1.
Разработанная комбинация методов очистки, как показали поведенные испытания, чрезвычайно эффективна в техническом и экономическом плане для очистки нефтесодержащих стоков, особенно - стоков нефтеперерабатыващих производств.