Установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с использованием напорной флотации и резервуара для сбора нефтепродуктов
WASTE WATER TREATMENT PLANT AT FUELLING STATIONS USING PRESSURE FLOTATION AND TANK FOR COLLECTION OF OIL PRODUCTS

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод на автозаправочных станциях (комплексах).
Для очистки ливневых стоков с территории автозаправочных станций (АЗС) в составе их должны предусматриваться очистные сооружения подземного типа пожаровзрывобезопасного исполнения, обеспечивающие очистку стоков до требований норм предельно допустимых концентраций, предъявляемых к стокам на грунт, в городскую ливневую канализацию или в рыбохозяйственные водоемы. Для этих целей могут применяться очистные сооружения как отечественного, так и импортного производства, отвечающего указанным требованиям [Бондарь В.А., Зоря Е.И., Цагарели Д.В. Операции с нефтепродуктами. М.: АОЗТ “Паритет”, 1999 – 338 с.; В.Г Коваленко В.Г., Зоря Е.И., Фролов Ю.Н. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. Учебное пособие. М. ООО «Центр ЛитНефтеГаз», 2004 - 176 с. ].
Основным показателем работы очистных сооружений является качество очистки.
Промышленные и сточные воды перед сбросом с территории АЗС в городскую ливневую канализацию или в водоем должны быть очищены в соответствии с существующими нормативными требованиями до концентрации в них нефтепродуктов — 0,05 мг/л. Концентрация взвешенных веществ не должна превышать 10,5 мг/л. [Коваленко В.Г., Зоря Е.И., Фролов Ю.Н. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. Учебное пособие. -М.: ООО «Центр ЛитНефтеГаз», 2004 -176 с.].
Загрязнение территорий АЗС выражается, главным образом, через загрязнение подземных вод и грунтов. Это не только приводит к потерям топлив и загрязнению гидросферы, но и отрицательно сказывается на здоровье населения.
Борьба с загрязнением сточных вод становятся важной экологической и экономической задачей.
На автозаправочных станциях применяются локальные очистные сооружения (песколовки, нефтеловушки, станции нейтрализации, флотационные установки и т.д.), которые позволяют исключить сброс загрязненных сточных вод, а предварительно очищенные сточные воды могут подаваться на очистные сооружения других предприятий, включая городские очистные сооружения.
Известна стационарная очистная установка НПП РОСЭКС [Бондарь В.А., Зоря Е.И., Цагарели Д.В. Операции с нефтепродуктами. -М.: АОЗТ “Паритет”, 1999 – 338 с. ]. Данная установка предназначена для глубокой очистки сточных вод на АЗС и нефтебазах.
Установка состоит из нефтеловушки, фильтра грубой очистки, насоса подачи сточных вод на очистку, тонкослойного блока, шести напорных степеней очистки, контрольно-измерительных приборов, блока автоматики и сигнализации, емкости для сбора нефтепродуктов и механических примесей, компрессора и технологических трубопроводов.
Первая ступень представляет тонкостенный блок, заполненный гранулированным фильтрующим материалом. В первой ступени происходит отделение песка, механических примесей и грубодисперсного нефтепродукта.
Вторая ступень на три четверти объема заполнена фильтрующим материалом и имеет дренажный слой. При прохождении сточных вод через фильтрующий и дренажный слои капли нефтепродукта укрупняются и всплывают.
Третья и четвертая ступень – аэраторы. В них происходит диффузия молекул растворенных нефтепродуктов и их флотация.
3
Пятая и шестая ступени заполнены сорбирующим материалом. Здесь происходит сорбция оставшихся частиц нефтепродуктов и их растворенной части. Производительность установки составляет 5 м/ч.
Недостатками данной установки при очистке сточных вод на АЗС являются:
1. Большое количество загрузочных расходных материалов, что вызывает большие эксплуатационные затраты и удельную стоимость очистки стоков;
2. Низкий ресурс работы установки без замены загрузочных расходных материалов;
3. Отсутствие возможности изменения параметров очистки воды без конструктивного изменения установки;
4. Невозможность сбора нефтепродуктов в отдельный резервуар.
Также известно очистное сооружение «Модуль-Эко» [В.Г Коваленко В.Г., Зоря Е.И., Фролов Ю.Н. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. Учебное пособие. М. ООО «Центр ЛитНефтеГаз», 2004 -176 с.], принцип действия которого основан на мембранном методе разделения жидких сред и взвешенных веществ на молекулярном уровне. В качестве стандартного фильтрующего мембранного элемента принята плоскорамная конструкция фильтра на основе нанофильтрационных мембран с размерами пор ячеек фильтрующей мембранной перегородки дискретно от 15 Å до 500 Å (ангстрем).
Принципиальная схема очистного сооружения «Модуль-Эко» подземного типа для взрывопожарных объектов включает песколовку, резервуар для шлама, резервуар с загрязненной водой, резервуар с чистой водой, трубопроводные коммуникации для воды, трубопроводные коммуникации для шлама, две электронасосные установки, фильтры промежуточной и тонкой очистки.
2
2
3
Сооружение работает следующим образом. Сточная вода через песколовку поступает в резервуар с загрязненной водой. После отстаивания вода с помощью электронасосной установки под давлением 1,5 кгс/см поступает в фильтр промежуточной очистки, затем в фильтр тонкой очистки и после этого в резервуар с чистой водой. Из резервуара с чистой водой с помощью второй электронасосной установки очищенная вода сбрасывается в городскую ливневую канализацию или на грунт. Производительность сооружения по очистке воды под давлением 1,5 кгс/см и размерами пор ячеек фильтрующих мембранных перегородок от 50 Å до 500 Å составляет 0,15 м/ч.
При этом наименьшие размеры пор ячеек фильтрующей мембранной перегородки 50 Å необходимы для очистки воды от нефтепродуктов.
Для самоочистки фильтра тонкой очистки вода из резервуара с чистой водой подается с помощью электронасосной установки в фильтр тонкой очистки, откуда шлам выводится по отдельному трубопроводу с запорной арматурой в резервуар для шлама. Аналогичным образом производится самоочистка фильтра промежуточной очистки.
Недостатками очистного сооружения при очистке сточных вод на АЗС являются:
1. Низкая производительность сооружения, связанная с работой фильтра тонкой очистки, высокое рабочее давление подачи сточной воды и высокая энергоемкость процесса очистки;
2. Отсутствие разделения воды и нефтепродуктов за счет флотации;
3. Низкая эффективность работы песколовки, в связи с чем в резервуар с загрязненной водой поступает большое количество механических примесей;
4. Невозможность сбора нефтепродуктов в отдельный резервуар.
Также известна установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной фильтрацией механических примесей и нефтепродуктов [Матвеев Ю.А., Кузнецов В.А., Бутузов А.А., Мулгачев А.Ю. Установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной фильтрацией механических примесей и нефтепродуктов. Научно-технический журнал. Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса, М.:ВНИИОЭНГ, 2012. (№2).].
В данной установке на решетку для приема сточной воды, имеющую приемный трубопровод с задвижкой, оборудуется два фильтра-отстойника конусного типа с задвижками и трубопроводами для удаления механических примесей. Также дополнительно отстойники оборудуются двумя фильтрующими сетками с ячейками различных диаметров. Фильтры-отстойники соединены с помощью технологического трубопровода с резервуаром для сбора сточной воды, в который вмонтированы две заборные трубы: верхняя труба для забора нефтепродуктов с верхним слоем сточной воды и нижняя труба для откачки сточной воды. Установка включает две электронасосные установки. Первая электронасосная установка предназначена для откачки нефтепродукта с верхним слоем воды в фильтр очистки от горюче-смазочных материалов с сорбирующим компонентом. Затем очищенная от нефтепродуктов вода подается в фильтр тонкой очистки мембранного типа с увеличенными минимальными размерами пор ячеек фильтрующих мембранных перегородок с 50 Å до 200 Å и в резервуар для чистой воды. Эта же электронасосная установка предназначена для откачки по технологическому трубопроводу загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, в фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды. Вторая электронасосная установка используется для подачи чистой воды через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию или на грунт. Вторая электронасосная установка также служит для самоочистки фильтров тонкой и грубой очистки. После самоочистки фильтров шлам с водой по трубопроводу поступает в резервуар для шлама.
Установка работает следующим образом. Через решетку для приема сточной воды, приемный трубопровод с открытой задвижкой загрязненная сточная вода с механическими примесями и нефтепродуктами поступает в первый фильтр-отстойник. В отстойнике часть механических примесей за счет гравитационных сил осаждается на дне фильтра-отстойника. Механические примеси более крупного диаметра задерживаются первой сеткой, а меньшего диаметра - второй сеткой. После прохождения отстойника вода поступает в резервуар для сбора сточной воды, где происходит ее отстаивание. После этого с помощью электроустановки через верхнюю заборную трубу и соответствующую задвижку нефтепродукт с верхним слоем воды поступает в фильтр очистки от горюче-смазочных материалов с сорбирующим компонентом. Затем очищенная от нефтепродуктов вода по технологическому трубопроводу поступает в фильтр тонкой очистки мембранного типа, и после фильтрации - в резервуар для чистой воды.
После откачки нефтепродукта с верхним слоем воды с помощью электронасосной установки производится подача по трубе и технологическому трубопроводу с открытой соответствующей задвижкой загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, затем в фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды.
Чистая вода из резервуара откачивается второй электронасосной установкой через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию или на грунт.
Дополнительная фильтрация нефтепродукта с верхним слоем воды в фильтре очистки от горюче-смазочных материалов с сорбирующим компонентом позволяет увеличить минимальные размеры пор ячеек фильтрующих мембранных перегородок с 50Å до 200Å, так как наименьшие размеры 50 Å необходимы для очистки воды от нефтепродуктов. В связи с этим повышается производительность установки со 150 л/час до 300 л/час.
Недостатками установки очистки сточных вод на АЗС являются:
1. Низкая точность забора нефтепродуктов через верхнюю заборную трубу.
2. Попадание большого количества воды в фильтр очистки от горюче-смазочных материалов с сорбирующим компонентом.
3. Отсутствие сбора нефтепродуктов в отдельный резервуар.
Наиболее близкой к указанной проблеме является установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной откачкой нефтепродуктов в отдельный резервуар [Матвеев Ю.А. и др. Установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной откачкой нефтепродуктов в отдельный резервуар. Патент на полезную модель №143110 от 10.06.2014].
В данной установке на решетку для приема сточной воды, имеющую приемный трубопровод с задвижкой, оборудуется два фильтра-отстойника конусного типа с задвижками и трубопроводами для удаления механических примесей. Также дополнительно отстойники оборудуются двумя фильтрующими сетками с ячейками различных диаметров. Фильтры-отстойники соединены с помощью технологического трубопровода с резервуаром для сбора сточной воды, в который вмонтированы две заборные трубы: верхняя труба для забора нефтепродуктов с верхним слоем сточной воды и нижняя труба для откачки сточной воды. Установка очистки сточных вод включает две электронасосные установки. Первая электронасосная установка предназначена для откачки нефтепродукта с верхним слоем воды в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов. Эта же электронасосная установка предназначена для откачки по технологическому трубопроводу загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды. Вторая электронасосная установка используется для подачи чистой воды через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию или на грунт. Электронасосная установка также служит для самоочистки фильтров тонкой и грубой очистки.
Отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов с помощью технологического трубопровода связан с резервуаром для сбора сточной воды. На технологическом трубопроводе ниже резервуара монтируется смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды. Также с целью забора нефтепродуктов из резервуара заборная труба вставляется в герметичное шарнирное соединение, находящееся в трубе большего диаметра. При этом длина заборной трубы регулируется герметичным шарнирным соединением.
Для откачки из заполненного нефтепродуктом резервуара предназначен трубопровод и электронасосная установка.
Установка работает следующим образом. Через решетку и приемный трубопровод загрязненная сточная вода с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтепродуктами поступает в первый фильтр-отстойник. В отстойнике часть механических примесей осаждается на дне фильтра-отстойника. Механические примеси задерживаются фильтрующими сетками. После прохождения отстойника вода поступает в резервуар для сбора сточной воды, где происходит ее отстаивание. Затем с помощью электроустановки через верхнюю заборную трубу нефтепродукт с верхним слоем воды поступает в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов. После откачки нефтепродукта с верхним слоем воды с помощью электронасосной установки производится подача по трубе и технологическому трубопроводу с открытой соответствующей задвижкой загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, затем в фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды.
Чистая вода из резервуара откачивается второй электронасосной установкой через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию или на грунт.
Из резервуара для сбора нефтепродуктов отстоявшаяся вода через трубопровод поступает в смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды. При появлении нефтепродуктов в смотровом стекле оператор закрывает соответствующую задвижку.
Недостатками установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной откачкой нефтепродуктов в отдельный резервуар являются:
1. Недостаточная точность забора нефтепродуктов через верхнюю заборную трубу.
2. Отсутствие флотации в резервуаре для сбора сточной воды.
Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения эффективности очистки сточных вод на АЗС.
Решение указанной задачи достигается тем, что технологический трубопровод оборудован электронасосной установкой с эжектором и воздухопроводом для подачи воздуха, при этом на резервуаре для сбора сточной воды предусмотрен клапан сброса воздуха, а заборная труба для откачки нефтепродуктов, взвешенных веществ с верхним слоем сточной воды, выполнена с двумя горизонтальными отводами.
Флотация – это метод очистки сточной воды, основанный на насыщении воды пузырьками воздуха (газа), прилипании взвешенных в ней веществ к пузырькам воздуха (газа) и всплывании их на поверхность.
Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как уменьшается количество воды, откаченной через заборную трубу с отводами, вместе с нефтепродуктом, снижается количество взвешенных веществ в резервуаре для сточной воды за счет применения напорной флотации, а также понижается энергоемкость процесса очистки.
Сущность изобретения пояснена на фиг. 1 – 3, на которых изображены: разрез предлагаемой установки, вид спереди технологического трубопровода электронасосной установки с эжектором и воздухопроводом, а также вид спереди устройства отделения нефтепродуктов от воды.
На решетку для приема сточной воды 1, имеющую приемный трубопровод 2 с задвижкой 3, оборудуется два фильтра-отстойника конусного типа 4 с задвижками 5 и трубопроводами 6 для удаления механических примесей 7. Также дополнительно отстойники оборудуются двумя фильтрующими сетками с ячейками различных диаметров 8, 9. Фильтры-отстойники соединены с помощью технологического трубопровода 10 с резервуаром для сбора сточной воды 11, в который вмонтированы две заборные трубы: верхняя труба 12 для забора нефтепродуктов, взвешенных веществ 13 с верхним слоем сточной воды 14, и нижняя труба 15 для откачки сточной воды. Установка очистки сточных вод включает электронасосные установки 16,17. Электронасосная установка 16 предназначена для откачки нефтепродуктов, взвешенных веществ с верхним слоем воды в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов 18.
Эта же электронасосная установка 16 предназначена для откачки по технологическому трубопроводу 10 загрязненной сточной воды 14 в фильтр грубой очистки 19, фильтр тонкой очистки мембранного типа 20 и в резервуар для чистой воды 21.
Электронасосная установка 17 используется для подачи чистой воды 22 через заборную трубу 23 по трубопроводу чистой воды 24 в городскую ливневую канализацию или на грунт. Электронасосная установка 17 также служит для самоочистки фильтров тонкой и грубой очистки. После самоочистки фильтров шлам 25 с водой по трубопроводу 26 поступает в резервуар для шлама 27. Необходимо отметить, что резервуары 11, 18, 21, 27 находятся под поверхностью земли 28. Отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов 18 с помощью технологического трубопровода 10 связан с резервуаром для сбора сточной воды 11. На технологическом трубопроводе ниже резервуара 18 монтируется смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды 29, которое включает корпус 30, смотровое стекло 31 и фланцевые соединения 32. Также с целью забора нефтепродуктов из резервуара 11 заборная труба 12 вставляется в герметичное шарнирное соединение 33, находящееся в трубе большего диаметра 34. При этом длина заборной трубы регулируется герметичным шарнирным соединением. В целях закачки нефтепродуктов, взвешенных веществ с наименьшим количеством сточной воды, заборная труба оборудуется горизонтальными отводами 35.
Откачка из заполненного нефтепродуктом резервуара 18 осуществляется через трубопровод 36 с помощью электронасосной установки 37.
Для проведения напорной флотации в резервуаре для сбора сточной воды 11 технологический трубопровод 10 оборудуется соответствующей электронасосной установкой 37 с эжектором 38. При этом эжектор имеет воздухопровод 39. Эжектор подсасывает воздух за счет напора воды, создаваемого насосом. Расход воздуха составляет 1,5-2% от количества подаваемой воды. Резервуар 11 оснащается клапаном сброса воздуха 40.
Изобретение работает следующим образом. Через решетку для приема сточной воды 1, приемный трубопровод 2 с открытой соответствующей задвижкой 3 загрязненная сточная вода с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтепродуктами поступает в первый фильтр-отстойник 4. В отстойнике часть механических примесей 7 за счет гравитационных сил осаждается на дне фильтра-отстойника 4. Механические примеси более крупного диаметра задерживаются сеткой 8, а меньшего диаметра - сеткой 9.
После накопления в отстойнике вода с помощью соответствующей электронасосной установки 37 поступает в резервуар для сбора сточной воды 11. При этом эжектором 38 в электронасосную установку 37 подается воздух, который вместе со сточной водой поступает в технологический трубопровод 10 и затем в резервуар 11. При подъеме в резервуаре 11 пузырьки воздуха захватывают с собой взвешенные вещества и поднимают их в верхний слой жидкости. Давление воздуха в резервуаре 11 регулируется клапаном сброса 40. Затем с помощью электроустановки 16 через верхнюю заборную трубу 12 с горизонтальными отводами 35 взвешенные вещества с верхним слоем воды 14 поступают по трубопроводу 26 в резервуар для шлама 27. При этом оператор регулирует длину заборной трубы 12 с помощью герметичного шарнирного соединения 33.
После удаления взвешенных веществ происходит отстаивание сточной воды в резервуаре 11. В ходе отстаивания нефтепродукты за счет меньшей плотности поднимаются на поверхность жидкости.
В последующем электроустановкой 16 через верхнюю заборную трубу 12 с горизонтальными отводами 35 нефтепродукты 13 с верхним слоем воды 14 поступают в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов 18. При этом оператор регулирует длину заборной трубы 12 с помощью герметичного шарнирного соединения 33.
После откачки нефтепродуктов и взвешенных веществ с помощью электронасосной установки 16 производится подача по трубе 15 и технологическому трубопроводу 10 с открытой соответствующей задвижкой 3 загрязненной сточной воды 14 в фильтр грубой очистки 19, затем в фильтр тонкой очистки мембранного типа 20 и в резервуар для чистой воды 21.
Чистая вода 22 из резервуара 21 откачивается второй электронасосной установкой 17 через заборную трубу 23 по трубопроводу чистой воды 24 в городскую ливневую канализацию или на грунт.
Из резервуара 18 отстоявшаяся вода через трубопровод 10 и соответствующую открытую задвижку 3 поступает в смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды 29. Оператор через смотровое стекло 31 следит за движением воды. При появлении нефтепродуктов в смотровом стекле он закрывает соответствующую задвижку 3.
Для определения уровня воды и нефтепродуктов в резервуаре 11 оператор использует метршток и водочуствительную пасту. Затем он устанавливает длину заборной трубы 12 с помощью герметичного шарнирного соединения 33 для более точного забора объема нефтепродуктов, взвешенных веществ из резервуара 11.
Откачка нефтепродуктов в отдельный резервуар, а взвешенных веществ в резервуар для шлама уменьшает нагрузку на фильтр тонкой очистки и снижает энергоемкость процесса очистки. Также собранные нефтепродукты откачиваются из отдельного резервуара в автомобильную цистерну и сдаются на нефтеперерабатывающий завод для дальнейшей переработки, что вызывает экономический эффект.