Защита водных бассейнов от загрязнения водонефтяными стоками

УДК 655.622.

Ю. Ф. Коротков, М. Г. Кузнецов, Н. З. Дубкова, И. С. Докучаева

ЗАЩИТА ВОДНЫХ БАССЕЙНОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫМИ СТОКАМИ

Ключевые слова: нефть, нефтепереработка, флотация.

Предложено решение проблемы очистки пластовых вод на нефтепромыслах от нерастворенных в ней жидких и твердых взвесей методом безнапорной флотации, многократным воздействием на загрязненную воду газоводяной смесью. Разработано устройство для получения газоводяной смеси и доставки ее вглубь очищаемого в секции флотатора объема воды.

Keywords: oil, oil refining, flotation.

The proposed solution to the problem of cleaning produced water in the oil from the insoluble liquid and suspended solids by the method of gravity flotation, repeated exposure to contaminated water at the gas-water mixture. Developed a device for obtaining gas-water mixture and deliver it into the cleaned section of the flotation cell water volume.

Огромные и резко возрастающие объемы добываемой нефти на наземных и морских буровых скважинах делают проблему защиты водных бассейнов от загрязнения водонефтяными смесями все более актуальной.

Опасность загрязнения водных бассейнов представляют сточные отстойные воды, периодически сбрасываемые из продуктовых резервуаров один раз через 10-20 суток в объеме 10-25 м3. Концентрация жидких нефтяных взвесей в таких водах составляет 8000 мг/л и более.

На нефтебазах от мытья (пропарки) нефтепро-дуктовых бочек образуются сточные обмывочные воды. Их объем составляет примерно 0,2 м3 на обмывку одной бочки, а максимальный сток от всей бочкопроварочной достигает 2 л/с. В сточных про-варочных водах концентрация нефтяных взвесей может достигать 12000 мг/л, а твердых и смолистых веществ - 50 мг/л.

При зачистке резервуаров от нефти и нефтепродуктов образуется высококонцентрированные сточные отстойные воды в объеме 0,4-0,6 м 3 на 1000 тонн грузооборота. Эти воды сначала отводятся сборно-разборными трубопроводами в шламонако-пители, из которых отстойная вода сбрасывается в производственную канализацию.

Среднегодовой суммарный объем сточных производственных вод на нефтебазах и перекачивающих станциях нефтепродуктов приведен в [1].

Особым видом загрязненных нефтепродуктами вод являются поступающие на нефтебазы балластные воды. Эти воды представляют собой закачиваемую в танки наливных судов забортную морскую или речную воду, с помощью которой сохраняются мореходные качества танкеров после сдачи неф-тегруза в пунктах назначения. Перед очередной загрузкой нефтепродуктов в танки судна балластные загрязненные воды подлежат удалению из танков. Международной конвенцией по предотвращению загрязнения рек и морей сброс балластных вод в открытых морях запрещен при содержании в этих водах нефтепродуктов более 100 мг/л, а в реки -свыше 15 мг/л.

При выпадении дождя на нефтебазах образуются сточные дождевые воды. Та часть дождевых или

талых вод, которая поступает с загрязненных участков, помимо обычных механических примесей, содержит нефтепродукты и поэтому воды с этих участков подлежат очистке совместно с производственными водами. Сюда относятся сточные воды с обвалованных участков резервуарных парков, со сливона-ливных эстакад, причалов и площадок. В дождевых водах с обвалочных участков резервуарного парка нефтепродуктов содержится до 20 мг/л, а взвешенных твердых и смолистых веществ - до 300 мг/л.

Загрязнение водных бассейнов нефтепродуктами является очень стойким и распространяется на большие водные расстояния. Нефтепродукты образуют на поверхности воды пленку, а в толще воды они находятся в эмульгированном и растворенном виде. Тяжелые фракции, образующиеся в ходе естественного разложения нефтепродуктов в водоеме, загрязняют его дно. Процессы самоочищения в загрязненных нефтепродуктами водоемах протекают очень медленно.

Флора и фауна водоемов и, прежде всего, рыба и ее корм - планктон и бентос, испытывают сильное токсическое воздействие нефтепродуктов. Последние, особенно легкие компоненты нефти, являются ядом для населяющих водоемы организмов. Для гибели большинства речных рыб достаточно концентрации нефтепродуктов 0,01 мг на 1 л пресной воды. Из-за особого значения поверхностного слоя гидросферы в производстве водной флоры и фауны загрязнение воды нефтью и нефтепродуктами наносит ущерб, превышающий другие виды воздействия на природу, образуя плёнку, они снижают доступ кислорода к поверхности воды, уменьшая испарение с её поверхности на 60% [2].

Источником загрязнения подземных (родниковых и пластовых) вод являются пластовые воды, сбрасываемые на нефтегазопромыслах с аппаратов предварительного сброса воды и с деэмульсаторов, а также воды, закачиваемые в пласт для поддержания пластового давления.

Проблема очистки загрязненных нефтяными примесями водоемов остается нерешенной, тогда как проблема очистки пластовых вод на нефтепромыслах получает свое дальнейшее разрешение.

В работах [3, 4] отмечено, что наиболее экономически выгодным способом очистки воды от не-растворенных в ней жидких и твердых взвесей является безнапорная флотация. В условиях быстрого прохождения очищаемой водой водоочистного аппарата невозможно однократным взаимодействием газовых пузырьков с жидкой фазой достичь необходимой степени очистки воды от дисперсных взвесей.

Экспериментально доказано [3-6], что при многократном воздействии на загрязненную воду по ходу ее движения в аппарате газоводяной смесью, содержащей чистую воду, можно довести концентрацию жидких нефтяных взвесей в очищенной воде до 40 мг/л и менее. Очистка воды до содержания взвесей ниже 40 мг флотационным способом невозможна, о чем свидетельствуют результаты исследования, проведенные в ОАО «ТатНИИнефтемаш». Горизонтальный многосекционный флотатор с использованием чистой газонасыщенной воды для очистки загрязненной нефтяными взвесями воды по патенту [6] можно использовать также для физико-химической (коагуляция и флокуляция, сорбция, озонирование, обезвреживание от тетроэтилсвинца, испарительное и термическое обезвреживание), электрохимической (электрохимическая коагуляция и электрохимическая флотация) и биохимической очистки.

Для получения газоводяной смеси и доставки ее вглубь очищаемого в секции флотатора объема воды можно использовать устройство, изображенное на рис. 1.

Рис. 1 - Устройство для получения газоводяной смеси: 1 - труба; 2 - патрубок; 3 - диффузор; 4 -трубопровод подачи воды

Устройство содержит вертикально установленную во флотаторе открытую с обоих концов трубу 1 и коаксиально расположенную в верхнем конце этой трубы патрубок 2 с диффузором 3 на нижнем конце. Верхний конец патрубка соединен с трубопроводом 4 подачи воды.

В патрубок первой секции флотатора подается загрязненная примесями вода, а в патрубки сле-

дующих секций - окончательно очищенная в аппарате от примесей вода. Верхний конец трубы выведен наружу аппарата, а нижний конец подтоплен в обрабатываемом объеме воды.

Вода по трубопроводу поступает в патрубок, из которого через диффузор выбрасывается в форме жидкостного зонтика на стенку трубы. Отражаясь от этой стенки, жидкость дробится на падающие вниз капли. Жидкостной зонтик увлекает в трубу в совместное нисходящее движение воздух, находящийся над зонтиком. Проскок газа из под зонтика вверх исключен, так как зонтик играет роль гидрозатвора.

Падающие в трубе капли вбивают частичками газ вглубь водяного столба в подтопленном конце трубы. В этом столбе происходит инверсия фаз, то есть газ из дисперсионной фазы переходит в дисперсную, а жидкость - наоборот. Жидкость в подтопленном конце трубы движется вниз со скоростью, достаточной для транспортирования газовых пузырьков вниз. При выходе газожидкостного потока из трубы газовые пузырьки всплывают вверх, захватывая жидкие, твердые и смолистые взвеси и образуя на поверхности раздела фаз пену. Пена в каждой секции выводится через пеносъемник наружу флотатора, а предварительно очищенная в предыдущей секции вода поступает в последующую секцию.

Выводы

1. Очистить воду от жидких нерастворимых взвесей до содержания 40 мг/л и ниже в условиях небольшого времени взаимодействия очищаемой воды с газонасыщенной чистой водой возможно в многосекционных флотаторах.

2. Безнапорные многосекционные флотаторы можно отнести к высокопроизводительным и высокоэффективным аппаратам, габариты которых позволяют их использовать на малых площадках в районах с суровыми климатическими условиями и на морских нефтяных платформах.

3. Безнапорный многосекционный флотатор можно использовать для комплексной очистки воды от нефтяных взвесей.

Литература

1. РД 153-39.4-078-01. Правила технической эксплуатации резервуаров магистральных нефтепроводов и нефтебаз. Уфа, 2001.

2. А.П. Хаустов, М.М. Редина. - Москва: Академия народного хозяйства: Дело, 551 (2006).

3. Ю.Ф. Коротков, И.А. Семин, О.В. Козулина, М.Г. Кузнецов. Вестник Казан. Технол. Ун-та, 17, 23, 256-257 (2014).

4. О.В. Козулина, Е.Ю. Ермакова, Ю.Ф. Коротков, А.А. Овчинников. Вестник Казан. Технол. Ун-та, 20, 2, 205207 (2011).

5. Е.Ю. Ермакова, О.В. Козулина, М.Г. Кузнецов, В.А. Мос-ке. Вестник Казан. Технол. Ун-та, 14,4, 164-168 (2011).

6. Патент РФ 2356844 (2009).

© Ю. Ф. Коротков - канд. техн. наук, доц. каф. борудования пищевых производств КНИТУ; М. Г. Кузнецов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Н. З. Дубкова - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, dubkova_n@rambler.ru; И. С. Докучаева -канд. техн. наук, доц. той же кафедры.

© Y. F. Korotkov - candidate of technical Sciences, docent of the Department "Equipment of food production", KNRTU; M. G. Kuznetsov - candidate of technical Sciences, docent of the same Department; N. Z. Dubkova - candidate of technical Sciences, docent of the same Department, dubkova_n@rambler.ru; 1 S. Doku^aeva candidate of technical Sciences, docent of the same Department.