Установка очистки сточных вод от нефтепродуктов с использованием коалесцентного и сорбентного фильтров
PLANT FOR PURIFYING WASTE WATERS FROM PETROLEUM PRODUCTS USING COALESCENT AND SORBENT FILTERS

Изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод на автозаправочных станциях, нефтебазах и нефтесборных пунктах.
Для очистки ливневых стоков с территории автозаправочных станций (АЗС), нефтесборных пунктов в составе их должны предусматриваться очистные сооружения подземного типа, обеспечивающие очистку стоков до требований норм предельно-допустимых концентраций, предъявляемым 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, отвечающие указанным требованиям [Бондарь В.А., Зоря Е.И., Цагарели Д.В. Операции с нефтепродуктами. М.: АОЗТ "Паритет", 1999 - 338 с.]. Основным показателем работы очистных сооружений является качество очистки. Промышленные и сточные воды перед сбросом с территории АЗС, нефтебаз 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 [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.].
На АЗС, нефтебазах и нефтесборных пунктах сточные воды загрязняются бензином, дизельным топливом, нефтью моторными и трансмиссионными маслами. Все перечисленные нефтепродукты и нефть относятся к горюче-смазочным материалам. Масла попадают в сточные воды с картера двигателя, агрегатов трансмиссии при стоянке автомобилей во время заправки на АЗС. Нефтепродукты и нефть образуют с водой водно-топливные эмульсии. Наиболее прочные эмульсии образуют горюче-смазочные материалы, имеющие плотность, близкую к плотности воды (нефть, масла).
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 и нефтебазах являются:
1. большое количество загрузочных расходных материалов, что вызывает большие эксплуатационные затраты и удельную стоимость очистки стоков;
2. низкая эффективность очистки водно-топливных эмульсий;
3. 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. и др. Установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной фильтрацией механических примесей и нефтепродуктов. Патент на полезную модель №120963 от 10.10.2012]. 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 до 200  и в резервуар для чистой воды. 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. 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  до . В связи с этим повышается производительность установки со 150 до 300 л/час.
Недостатками установки очистки сточных вод на АЗС с дополнительной фильтрацией механических примесей и нефтепродуктов 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. Низкая эффективность очистки водно-топливных эмульсий.
:
Также известна 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 установки очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной откачкой нефтепродуктов в отдельный резервуар являются:
1. Недостаточная точность забора нефтепродуктов через верхнюю заборную трубу.
2. Низкая эффективность очистки водно-топливных эмульсий.
Наиболее близкой к указанной проблеме является установка очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов с использованием коалесцентного фильтра [Матвеев Ю.А. и др. Установка очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов с использованием коалесцентного фильтра. Патент на полезную модель №158366 от 27.12.2015]. На решетку для приема сточной воды, имеющую приемный трубопровод, с задвижкой, оборудуется два фильтра-отстойника. Фильтры-отстойники соединены с помощью технологического трубопровода с вертикальным резервуаром для сбора сточной воды. Установка очистки сточных вод включает электронасосные установки. Электронасосная установка предназначена для откачки горючего (горюче-смазочных материалов) с верхним слоем воды в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов (нефти).
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.
Электронасосная установка используется для подачи чистой воды через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию. Электронасосная установка также служит для самоочистки фильтров тонкой и грубой очистки. После самоочистки фильтров шлам с водой по трубопроводу поступает в резервуар для шлама. Отдельный резервуар с помощью технологического трубопровода связан с резервуаром для сбора сточной воды. На технологическом трубопроводе ниже резервуара монтируется смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды, которое включает корпус, смотровое стекло и фланцевые соединения.
Резервуар для сбора сточной воды оборудуется коалесцентным фильтром. Коалесцентный фильтр состоит из элементов. В элементах имеются отверстия различного диаметра. Заборная труба оборудуется гибкими рукавами, которые соединены с всасывающей головкой. Всасывающая головка крепится на поплавке и опускается на глубину от 2 до 5 мм. Для откачки из заполненного нефтепродуктом или нефтью вертикального резервуара предназначена электронасосная установка.
Полезная модель работает следующим образом. Через решетку для приема сточной воды загрязненная сточная вода с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтепродуктами поступает в первый фильтр-отстойник. В отстойнике часть механических примесей за счет гравитационных сил осаждается на дне фильтра-отстойника. После прохождения отстойника вода поступает в резервуар для сбора сточной воды, который оборудован коалесцентным фильтром. Вода проходит под нижний элемент фильтра. Вследствие меньшего удельного веса нефти и нефтепродуктов по сравнению с удельным весом воды они поднимаются вверх и контактируют с поверхностью элемента, при этом капли нефти и нефтепродуктов скользят вдоль поверхности элемента и скапливаются. Затем через" отверстие в элементах капли нефтепродуктов (нефти) перетекают в зазор между нижним и средним элементом. Там происходит процесс укрупнения капель нефтепродуктов с дальнейшим перетеканием капель через отверстия в зазор между средним и верхним элементом. После этого капли нефтепродуктов (нефти) аналогичным образом поднимаются в верхний слой жидкости. После этого с помощью электроустановки через заборную трубу с гибкими рукавами через щели всасывающих головок нефтепродукт (нефть) с верхним слоем воды поступает в отдельный резервуар.
После откачки горюче-смазочных материалов с помощью электронасосной установки производится подача по трубе и технологическому трубопроводу 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 в городскую ливневую канализацию или на грунт.
Из резервуара отстоявшаяся вода через трубопровод поступает в смотровое устройство для отделения нефтепродуктов (нефти) от воды. Оператор через смотровое стекло следит за движением воды. При появлении горюче-смазочных материалов в смотровом стекле он закрывает соответствующую задвижку. Для определения уровня воды и нефтепродуктов в резервуаре оператор использует метршток и водочуствительную пасту.
Недостатками установки очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов с использованием коалесцентного фильтра являются:
1. Недостаточная эффективность очистки водно-топливных эмульсий.
2. Низкая производительность установки в связи с использованием фильтров мембранного типа.
3. Сложность и дороговизна установки.
Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Решение указанной задачи достигается тем, что резервуар для сбора сточной воды оборудован коалесцентным фильтром и нагревательным элементом, а на технологический трубопровод установлен сорбентный фильтр с дополнительным фильтрующим элементом для взвешенных веществ с возможностью снятия и замены сорбента и фильтрующего элемента.
Коалесценция - это процесс укрупнения (слияния) капель дисперсной фазы эмульсии с полной потерей разделяющей межфазной поверхности. Коалесцентный фильтр представляет собой корпус с элементами в верхней части, в которых выполнены отверстия различного диаметра. Элементы выполнены в виде верхней части эллипсоида.
Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как снижается количество водно-топливной эмульсии в резервуаре для сточной воды за счет применения коалесцентного фильтра и нагревательного элемента, повышается скорость отделения нефтепродуктов от воды, а также увеличивается производительность установки за счет применения сорбентного фильтра вместо фильтра тонкой очистки мембранного типа.
Сущность изобретения пояснена на фиг. 1, фиг. 2, на которых изображены: разрез предлагаемой установки и резервуара для сточной воды с коалесцентным фильтром и нагревательным элементом
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 вертикальным резервуаром для сбора сточной воды 11, в который вмонтированы две заборные трубы: труба 12 для забора нефтепродуктов 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 горючего (горюче-смазочных материалов) 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 сорбентный фильтр 19, с фильтрующим элементом для взвешенных веществ 20 и в резервуар для чистой воды 21.
Электронасосная установка 17 используется для откачки горючего из отдельного резервуара для сбора нефтепродуктов 18.
Необходимо отметить, что часть оборудования установки находится под поверхностью земли 22, а насосное и фильтрационное оборудование устанавливается на земной поверхности. Отдельный резервуар 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 23.
Резервуар для сбора сточной воды 11 оборудуется коалесцентным фильтром 24 и нагревательным элементом (теплообменником) 25. В результате нагревания уменьшается вязкость фазы нефтепродуктов, благодаря чему происходит разложение эмульсии нефтепродуктов и ускоряется процесс отделения нефтепродуктов от воды. Также ускоряется процесс укрупнения (слияния) капель нефтепродуктов. Коалесцентный фильтр 24 состоит из элементов 26. В элементах имеются отверстия 27 различного диаметра. При этом наименьший диаметр отверстия на нижнем элементе, а наибольший - на верхнем.
Заборная труба 12 оборудуется гибкими рукавами 28, которые соединены с всасывающей головкой 29. Всасывающая головка крепится на поплавке 30 и опускается на глубину от 2 до 5 мм. Всасывающая головка имеет щели для забора нефтепродуктов, а поплавок находится на поверхности жидкости.
Изобретение работает следующим образом. Через решетку для приема сточной воды 1, приемный трубопровод 2 с открытой 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 прохождения отстойника вода поступает в резервуар для сбора сточной воды 11, который оборудован коалесцентным фильтром 24 и нагревательным элементом 25. Вода проходит под нижний элемент 26 коалесцентного фильтра. Скорость поступления воды в резервуар 11 регулируется соответствующей задвижкой 3 трубопровода 10. Вследствие меньшего удельного веса нефтепродуктов по сравнению с удельным весом воды они поднимаются вверх и контактируют с поверхностью элемента, при этом капли нефтепродуктов скользят вдоль поверхности элемента и скапливаются. Таким образом, происходит их коалесценция. Затем через отверстие в нижнем элементе 27 капли нефтепродуктов перетекают в зазор между нижним и средним элементом. Там происходит аналогичный процесс укрупнения капель нефтепродуктов у поверхности промежуточного элемента с дальнейшим перетеканием капель через отверстия в зазор между средним и верхним элементом. После этого капли нефтепродуктов аналогичным образом через отверстие 27 верхнего элемента 26 поднимаются в верхний слой жидкости. Поскольку диаметр отверстия нижнего элемента минимальный, среднего больше, а верхнего элемента максимальный, происходит постепенное увеличение размеров капель нефтепродуктов, т.е. их дополнительная коалесценция.
Затем с помощью электроустановки 16 через заборную трубу 12 с гибкими рукавами 28 через щели всасывающих головок 29 нефтепродукт 13 с верхним слоем воды 14 поступает в отдельный резервуар 18.
После откачки горюче-смазочных материалов (горючего) с верхним слоем воды с помощью электронасосной установки 16 производится подача по трубе 15 и технологическому трубопроводу 10 с открытой соответствующей задвижкой 3 загрязненной сточной воды 14 в сорбентный фильтр 19 с фильтрующим элементом для взвешенных веществ 20 и в резервуар для чистой воды 21. В данном фильтре происходит очистка воды от взвешенных веществ и оставшейся малой части нефтепродуктов.
Более эффективная откачка горюче-смазочных материалов в отдельный резервуар и замена фильтра мембранного типа на сорбентный фильтр позволяет повысить производительность установки, за счет отказа от использования фильтров тонкой очистки мембранного типа. Фильтр мембранного типа нужен именно для очистки нефтепродуктов в сточных водах.
Из резервуара 18 отстоявшаяся вода через трубопровод 10 и соответствующую открытую задвижку 3 поступает в смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды 23. Оператор через смотровое стекло следит за движением воды. При появлении горюче-смазочных материалов в смотровом стекле он закрывает соответствующую задвижку 3. Откачка из заполненного нефтепродуктом резервуара 18 осуществляется с помощью электронасосной установки 17 в автомобильную цистерну.
Очистка сточной воды, предварительно освобожденной от нефтепродуктов, через сорбентный фильтр с фильтрующим элементом для взвешенных веществ в резервуар для чистой воды, позволяет повысить производительность установки, а также отказаться от оборудования и технологических операций по очистке фильтров тонкой и грубой очистке от шлама. Сорбент и фильтрующий элемент сорбентного фильтра периодически подлежат замене. Нагревательный элемент позволяет увеличить скорость отделения нефтепродуктов от воды.