Файл: Группа тб419а Фамилия, ио. Подпись Дата Оценка Студент Галеева А. А. Принял Мусина С. А. Уфа 2023 Изм.pdf

Изм.
№ докум. Подп. Дата
34 Как упоминалось ранее (п. 1.2.2), в сточных водах, образующихся на при переработке нефти наблюдается значительное превышение допустимых концентраций по показателям ХПК, БПК, нефтепродукты, соединения азота. В результате происходит загрязнение поверхностных и подземных вод, вследствие чего предприятие несет большой экологический и экономический ущерб. Из вышесказанного следует, что необходимо разработать эффективную и экономически выгодную технологию очистки сточных вод. Таким образом, дана характеристика нефтеперерабатывающего предприятия как источника загрязнения среды обитания. Выявлено, что деятельность НПЗ негативно влияет на окружающую среду в результате выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (32,543 тыс. тонн/год), образования отходов (51,24 тыс. тонн/год) и сбросов сточных вод (6,74 млн. т/год). Проведен анализ объемов, видов и характеристик загрязнений, входе которого выявлено, что в сбросах нефтеперерабатывающей промышленности наблюдается превышение норм ПДК для водных объектов рыбохозяйственного назначения. Показано, что из-за низкой эффективности очистных сооружений и неприменением существующих технологий по очистке сточных вод происходит загрязнение окружающей среды, вследствие чего концентрация загрязняющих веществ на выходе значительно превышают допустимые нормативы и предприятие несет большой экологический и экономический ущерб. На основании вышеизложенного принято решение разработать эффективную и экономически выгодную технологию очистки сточных вод.

Изм.
№ докум. Подп. Дата
35
2 Проектирование системы защиты гидросферы В данном разделе курсового проекта проведен анализ существующих методов очистки сточных вода также патентная проработка. На основании проведенного анализа разработана технология очистки сточных вод, произведен расчет технологического оборудования, рассчитан материальный баланс.
2.1 Анализ
существующих
методов
очистки
сточных
вод
Для очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов используют общепринятую схему очистки, которая включает в себя три основных метода
– механическую очистку от грубодисперсных примесей (механическая очистка является одним из основных и самым распространенным методом обработки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов.
– физико-химическую очистку (этот метод очистки применяется для удаления из сточных вод остаточных нефтепродуктов, коллоидных и растворенных загрязнений, количество которых вводе после сооружений механической очистки остаётся практически неизменным.
– биохимическую очистку (биохимическая очистка является одним из основных методов очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов непосредственно как перед сбросом вводом, таки перед повторным использованием в системах оборотного водоснабжения) [13] (рисунок 2.10).

Изм.
№ докум. Подп. Дата
36
1 – ливнесброс; 2 – аварийный резервуар 3 – блок механической очистки сточных вод I системы канализации 4 – блок физико-химической очистки сточных вод I системы канализации 5 – сооружения биологической очистки сточных вод I системы канализации 6 – блок доочистки сточных вод I системы канализации 7 – насосная станция с приемным резервуаром и блоком обеззараживания для подпитки систем оборотного водоснабжения 8 – блок механической очистки сточных вод II системы канализации 9 – блок физико-химической очистки сточных вод II системы канализации 10 – сооружения биологической очистки сточных вод II системы канализации 11 – блок доочистки сточных вод II системы канализации
12 – блок обессоливания и обеззараживания II системы канализации 13 - сооружения очистки сточных вод с незастроенных территорий завода 14 – блок механической очистки хозяйственнобытовых сточных вод 15 – блок разделочных резервуаров 16 – установка переработки нефтешламов; 17 – установка обезвоживания избыточного ила I – сточные воды
I системы канализации II - сточные воды II системы канализации III – поверхностные сточные воды с незастроенных территорий завода IV – хозяйственно-бытовые сточные воды V – очищенная вода на подпитку оборотных систем завода VI – отведение очищенных сточных вод вводный объект VII - ловушечный нефтепродукт VIII - нефтешлам; IX – возврат обезвоженного нефтепродукта на завод X – обезвоженные шламы на захоронение Рисунок 2.10 – Схема очистки производственных сточных вод НПЗ [5] Для очистки производственных сточных вод систем канализации необходимо предусматривать следующие комплексы очистных сооружений локальной очистки потоков механической и физико-химической очистки биологической очистки доочистки биологически очищенных сточных вод установок обезвоживания уловленных нефтепродуктов, обработки нефтешлама и избыточного активного ила.

Изм.
№ докум. Подп. Дата
37 Локальные установки предназначены для предварительной очистки сточных води технологических конденсатов. Сооружения механической очистки должны задержать грубодисперсные нефтепродукты, а установка физико-химической очистки – их эмульгированную фракцию. Механическая очистка обычно включает решетки, песколовки, нефтеловушки и сооружения для дополнительного отстаивания. Физико-химическая очистка представлена реагентной флотацией. В качестве реагентов используют различные коагулянты и флокулянты. Уловленные на сооружениях механической очистки нефтепродукты направляются в разделочные резервуары для отделения воды и механических примесей.
Нефтешламы, образующиеся в процессах механической и физико-химической очистки, также подвергаются переработке для утилизации нефтепродуктов. Для биологической очистки используются аэротенки, работающие в две ступени. Хозяйственно-бытовые сточные воды завода после механической очистки поступают на сооружения биологической очистки совместно с производственными стоками. Поскольку нормативы допустимого сброса очищенных сточных вод вводные объекты, соответствуют ПДК рыбохозяйственных водоемов, сооружения доочистки второй системы канализации должны быть рассчитаны на глубокое удаление БПК, ХПК, нефтепродуктов, фенолов и других специфических загрязнений сорбционными и/или различными деструктивными методами. Если солевой состав сточных вод второй системы канализации превышает рыбохозяйственные ПДК, потребуются сооружения обессоливания. Удаление солей может проводиться обратным осмосом, реверсивным электродиализом или их комбинацией. Целесообразно предусмотреть возможность более глубокого обессоливания части сточных вод второй системы до требований к подпиточной воде оборотных систем. На сооружениях обессоливания должен образовываться минимальный объем концентратов солей, утилизация которых сопряжена со значительными трудностями и затратами. Принципиально возможны следующие пути

Изм.
№ докум. Подп. Дата
38
– выпаривание и кристаллизация солей с последующим захоронением
– использование концентратов в системах поддержания пластового давления при добыче нефти
– закачка в подземные горизонты. Заключительной ступенью очистки сточных вод первой и второй систем канализации является их обеззараживание ультрафиолетовым облучением.
Физико-химические методы применяют для очистки нефтесодержащих сточных вод от коллоидных и растворенных загрязнений. Коагуляцию в очистке сточных применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. При коагуляции происходит укрупнение дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтами и объединения их в агрегаты. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, те. частиц размером 1 - 100 мкм. Коагулянты вводе образуют хлопья, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряда хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение [14].
Наиболее широко в качестве коагулянта используются сульфат алюминия
Al2(SO
4
)
3
H
2
O, оксихлорид алюминия Al
2
(OH)
5
Cl и др. Реагентная очистка сточных вод минеральными коагулянтами имеет следующие недостатки
– сравнительно большие дозы коагулянтов (например, доза сульфата алюминия для первой системы канализации 50 мг/л, для второй системы – 100 мг/л);
– повышенное содержание ионов SO
2
−2
ив очищенной воде, что приводит к коррозии оборотных систем водоснабжения при повторном ее использовании
– образование значительных объемов осадков большой влажности, трудно поддающихся обезвоживанию.

Изм.
№ докум. Подп. Дата
39 При флокуляции в отличие от коагуляции агрегация взвешенных частиц происходит не только при непосредственном контакте частиц, но ив результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидрооксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев. Для очистки сточных вод используют природные и синтетические флокулянты. В качестве природных флокулянтов используют крахмал, декстрин, эфиры, целлюлозы и др. Активный диоксид кремния (xSiO
2
yH
2
O) является наиболее распространенным неорганическим флокулянтом. Из синтетических органических флокулянтов наибольшее применение в нашей стране получил полиакриламид [-CH
2
-CH-CONH
2
]n, технический ПАА и гидролизованный
(ГППА). При выборе состава и дозы флокулянта учитывают свойства его макромолекул и природу диспергированных частиц. Например, рекомендуемая доза ПАА для очистки сточных вод НПП составляет 0,75 - 1,5 мг/л [15]. Для проведения процессов коагуляции и флокуляции используются смесители и камеры хлопьеобразования различных конструкций, реагентное хозяйство, дозирующие устройства. Скоагулированные нефтесодержащие сточные воды НПП можно очищать в отстойных сооружениях на фильтрах (контактная коагуляция. Однако наиболее эффективным методом для данного вида сточных вод является флотация. Метод флотации заключается в образовании комплексов частицы- пузырьки, всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой воды [16]. Установки напорной флотации содержат насос для подачи жидкости, сатуратор (напорный резервуар) для насыщения воды воздухом, устройства подачи воздуха вводу (эжектор, включенный в обратный трубопровод насоса или

Изм.
№ докум. Подп. Дата
40 компрессор с подачей воздуха в сатуратор) и флотокамеру, где флотируемые загрязнения выделяются в виде пены. Флотация применяется для очистки различных категорий нефтесодержащих сточных вод, основные показатели данного способа очистки представлено в таблице 2.5. Таблица 2.5 – Основные показатели флотационной очистки сточных вод Загрязняющее вещество Концентрация ЗВ, мг/л Эффект очистки без реагентов, % Эффект очистки без реагентов, % нефтепродукты
40-100 60 90-95 взвешенные вещества
30-100 30-50 90-95
ХПК, мгО
2
/л
300-600 10-15 50-70
БПК, мгО
2
/л
150-350 7-10 40-50 pH
6-8
-
- Как видно из таблицы 2.5 эффективность флотации с реагентами значительно выше флотации без реагентов. Для повышения эффекта флотационной очистки сточных вод могут использоваться минеральные коагулянты и органические высокомолекулярные флокулянты Биологическая очистка сточных вод, способ очистки бытовых и промышленных стоков, заключающийся в биохимическом разрешении минерализации) микроорганизмами органических веществ, растворенных и эмульгированных в сточных водах. В процессе биологической очистки происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение БПК. Биологическая очистка основана на способности микроорганизмов использовать в качестве источника питания загрязнения сточных вод. В отличие от процессов очистки сточных вод методами адсорбции и ионного обмена биохимический способ является деструктивным, так как приводит к полному или частичному разрушению загрязнителей, изменению их состояния вводных растворах.

Изм.
№ докум. Подп. Дата
41 Все биологические методы подразделяются на две группы, в которых бактериальная масса работает в аэробных или анаэробных условиях. В первом случае используют аэробные микроорганизмы, жизнь которых требует присутствия вводе свободного кислорода. В анаэробных условиях разрушение примесей происходит анаэробными организмами без доступа кислорода. Процесс извлечения и потребления микроорганизмами органических примесей сточных вод состоит из трех стадий
– массопередача органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки
– диффузия вещества и кислорода через полупроницаемую мембрану клеток
– метаболизм диффундированных веществ, сопровождающийся приростом биомассы, выделением энергии, СО и т. п. Очистные сооружения биологической очистки можно разделить на два основных типа (рисунок 2.11):
– сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным
– сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях. Рисунок 2.11 – Сооружения биологической очистки сточных вод Сооружения биологической очистки Сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным Сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях Поля орошения Поля фильтрации Биологические пруды
Аэротенки Биофильтры
Аэрофильтры

Изм.
№ докум. Подп. Дата
42 К первому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через почву (поля орошения и поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В таких сооружениях дыхание микроорганизмов кислородом происходит за счет непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа микроорганизмы дышат кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды или за счет механической аэрации. В искусственных условиях биологическую очистку применяют в аэротенках, биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит более интенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов. При повышенных требованиях к очистке биологически очищенную воду очищают дополнительно. Преимущества биологического метода очистки – возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей. Биологические методы применяются для очистки хозяйственно-бытовых и схожих сними по составу промышленных сточных вод при необходимости их глубокой очистки (до параметров сброса в водоем рыбохозяйственного назначения. Традиционная и наиболее распространенная схема биологической очистки сточных вод в основном подразумевает применение аэротенка с микроорганизмами активного ила, а также вторичного отстойника, отделяющего

Изм.
№ докум. Подп. Дата
43 очищенную воду от смеси активного ила (плюс некоторые взвешенные вещества, полученные из небиомассы). Применение на стадии биологической очистки так называемых биологических фильтров является более редким решением. Несмотря на простоту конструкции, отстойники неидеальны сточки зрения успешного осаждения всей массы активного ила. Более легкая фракция активного ила выносится вместе с очищенными стоками. При этом вынос не осевших частиц ила означает более высокое содержание не только взвешенных веществ в очищенной воде, но и других загрязнений, сорбировавшихся на их поверхности. Кроме того, это может потребовать устройства сооружений доочистки (третичной очистки. В схеме с использованием мембранных биореакторов весь активный ил отделяется от очищенных сточных вод, потому что размер пор используемых мембран (менее 0,1 мкм) меньше, чему частиц активного ила. Это приводит к тому, что концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водах практически не определяется, хотя растворенные вещества могут проходить через поры мембраны. Следовательно, третичная обработка, такая как песочные фильтры и микрофильтры для удаления взвешенных веществ, может быть исключена в схеме с мембранным биореактором. Как в традиционной схеме биологической очистки, таки в схеме с мембранным биореактором используется метаболическая сила микроорганизмов в биореакторах для очистки сточных вод [17]. Мембранный биореактор объединяет преимущества биологического и мембранного процессов. Сточная вода, прошедшая тщательную механическую и физико-химическую очистку, поступает в биореактор, который представляет собой аэротенк с погружным или вынесенным мембранным блоком. Процесс илоразделения осуществляется с использованием микро- или ультрафильтрационных мембран. Пермеат отводится, активный ил возвращается в аэротенк. Мембраны, имеющие размер пор порядка 0,02-0,5 мкм, являются абсолютным физическим барьером для активного ила. Это позволяет увеличить концентрацию ила в аэротенках в 2–3 раза, соответственно повысить

Изм.
№ докум. Подп. Дата
44 окислительную мощность биореактора, а также отказаться от вторичных отстойников и механических фильтров доочистки, т.к. пермеат практически не содержит взвешенных веществ. Поскольку размер пор мембран меньше размера бактерий, происходит физическая дезинфекция. Для поддержания постоянной проницаемости мембран МБР оборудуются системами аэрации мембранных блоков, их обратной промывки и химической очистки. Биомембранная технология в последнее десятилетие получила достаточно широкое применение на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях Внедрение МБР обеспечит
– очистку сточных вод до нормативов, требуемых при сбросе в объекты рыбохозяйственного значения
– компактность очистных сооружений, за счет замены блока вторичного отстаивания и фильтрации на фильтрах различного видана мембранную доочистку
– возможность работы с более высокими возрастами ила положительно влияет на нитрификацию
– мембранное разделение иловой смеси исключает вынос активного ила из системы при неконтролируемом повышении илового индекса, что периодически происходит на традиционных сооружениях биологической очистки [19]. Наиболее значительным барьером на пути повсеместного применения МБР остается цена. Отрицательно сказывается также отставание нормативной базы, трудности мировой экономики и сложившийся рынок установок биологической очистки [20]. Принципиальная разница традиционной схема очистки сточных води схемы с МБР представлена на рисунках 2.12 и 2.13.

Изм.
№ докум. Подп. Дата
45 Рисунок 2.12 – Традиционная схема очистки сточных вод с применением активного ила [17] Рисунок 2.13 – Схема очистки с помощью мембранного биореактора закрытого типа [17] По рисунками видно, что мембранный блок заменяет собой вторичных отстойник, фильтр доочистки ив некоторой степень обеззараживание. Применение МБР наиболее выгодно
– когда требуется увеличить производительность очистных сооружений на существующей площади за счет большей в 2-3 раза по сравнению с традиционной биологической очисткой окислительной мощности сооружений при повышении концентрации активного ила
– при необходимости повышения качества очистки, вместо строительства сооружений доочистки
– при очистке производственных сточных вод, содержащих трудно окисляемые загрязнения, когда требуется большой возраст активного ила, при наличии залповых сбросов, при высоком иловом индексе
– при последующем возврате очищенных сточных вод на повторное использование и подпитку оборотных систем, особенно при последующем обессоливании

Изм.
№ докум. Подп. Дата
46 очищенной воды, поскольку МБР всегда обеспечивает стабильное качество фильтрата в независимости от качества исходных стоков.