Файл: Группа тб419а Фамилия, ио. Подпись Дата Оценка Студент Галеева А. А. Принял Мусина С. А. Уфа 2023 Изм.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 65
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2.4.3 Расчет нефтеловушки Проведем расчет горизонтальной нефтеловушки с механической очисткой согласно методике, приведенной в учебном пособии Гудкова А.Г. Механическая очистка сточных вод [25]. Принимаем u
0
= 0,4 мм/с – гидравлическая крупность частиц нефти, глубину отстаиваемого слоя воды H
set
= м, скорость дфижения воды в нефтеловушке ν=5 мм/с. Продолжительность всплывания нефтяных частиц
????
????
=
????
????????????
3,6 ∙ ????
=
2 3,6 ∙ 5
= 0,114 ч
В зависимости от соотношения v/u
0
=5/0,4=12,5 принимаем коэффициент, учитывающий турбулентность потока воды a=1,575 и определим длину отстойной части нефтеловушки:
???? = ???? ∙
????
????
0
∙ ????
????????????
= 1,575 ∙
5 0,4
∙ 2 = 39,375 м
Изм.
№ докум. Подп. Дата
59 Принимаем L = м. Продолжительность отстаивания
????
′
????
=
????
3,6 ∙ ????
=
40 3,6 ∙ 5
= 2,22 ч
Количество осадка Q
mud выделяемого при отстаивании за сутки Э − ????
????????????
)????
????????????
∙ 10 6
=
33696 ∙ 125 ∙ 70
(100 − 95)2,65 ∙ 10 6
= 66,756 м
3
/сут где Q – суточный расход сточных вод, м
3
/сут;
С-концентрация механических примесей в сточной воде, мг/л;
Э-эффект задержания осаждающихся примесей, равный для горизонтальных нефтеловушек 60-70%; p
mud
-владность осадка, равная для свежевыпавшего осадка 95%;
- объемная масса частиц осадка, равная 2,65 т/м
3
Определим количество нефтепродукта Q
oil
, задержанных за сутки
????
????????????
=
????(????
????????
− ????
????????
)
????
????????????
∙ 30 ∙ 10 4
=
33696(1974 − 315)
0,95 ∙ 30 ∙ 10 4
= 196,146 м
3
/сут где Аи А – концентрация нефтепродуктов соответственно в исходной и осветленной воде
- объемная масса обводненных нефтепродуктов, равная 0,95 т/м
3
В таблице 2.10 приведены концентрации загрязняющих веществ после нефтеловушки, а в таблице 2.11 его материальный баланс.
mud
oil
Изм.
№ докум. Подп. Дата
60 Таблица 2.10 – Концентрации загрязняющих веществ после нефтеловушек Наименование ЗВ Ед. изм. Концентрация на входе Концентрация на выходе ДК
ов
Взвешенные вещества мг/дм
3 124,95 37,49 25,00 Нефтепродукты мг/дм
3 1974,38 315,90 25,00 Аммонийный азот мг/дм
3 30,00 30,00 5,00 Нитраты мг/дм
3 6,00 6,00 40,00 Нитриты мг/дм
3 1,00 1,00 0,08 Фенолы мг/дм
3 0,10 0,10 0,001
ХПК мг·О
2
/дм
3 600,00 360,00 30,00
БПК мг·О
2
/дм
3 400,00 280,00 25,00 Таблица 2.11 – Материальный баланс нефтеловушек Приход Наименование к/ч т/сут т/год Процент масс, %
Q5 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
1403998,2800 1403993,8800 0,1754 2,7720 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,8424 0,5616 33695,9600 33695,8500 0,0042 0,0665 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0202 0,0135 12299024,9400 12298986,3700 1,5368 24,2829 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 7,3794 4,9196 100,0000 99,9996 0,0012·10
-2 0,0197·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0060·10
-2 Итого
1403998,2800 33695,9600 12299024,9400 100,0000 Расход
Q8 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q6 Шлам
Q7 Шлам нефтесодержащий
1403995,0100 1403993,5700 0,0526 0,4435 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,5054 0,3931 0,2395 3,0270 33695,8800 33695,8600 0,0013 0,0106 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0121 0,0094 0,0057 0,0726 12298996,3300 12298983,6600 0,4610 3,8853 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 4,4277 3,4437 2,0977 26,5169 100,0000 99,9998 0,0004·10
-2 0,0032·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0036·10
-2 0,0028·10
-2 0,0017·10
-2 Итого
1403998,2800 33695,9600 12299024,9400 100,0000 Таким образом, эффективность очистки нефтеловушек по взвешенным веществам составила 70%, по нефтепродуктам 84%, ХПК 40%, БПК 30%.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
61
2.4.4 Расчет флотационной установки Проведем расчет флотатора-отстойника, работающего с рециркуляцией согласно методике, приведенной в методических указаниях Доскина Э.П. и
Москвичева А.В. «Водоотводящие системы промышленных предприятий [26]. На установку поступают сточные воды в количестве 1404 м
3
/ч. Концентрация нефтепродуктов 315,9 мг/л, взвешенных веществ 37,5 мг/л. Принимаем
- высоту флотационной камеры h k
= 1,5 м
- высота воды во флотаторе h ф = м
- остаточная концентрация нефтепродуктов составляет 15,8 мг/л (95% эффективность, остаточная концентрация взвешенных веществ составляет 1,9 мг/л
(95% эффективность
- 4 отстойника-флотатора. Расход на один флотатор-отстойник с учетом рециркуляционного расхода
????
1
=
???? + ???? ∙ ????
????
=
1404 + 0,5 ∙ 1404 7
= 300 м
3
/ч где Q – расход сточных вод, мча коэффициент рециркуляции (50%); n – количество флотаторов (4 шт. Диаметр камеры флотации
????
????
= √
4 ∙ ????
1
???? ∙ ????
????
= √
4 ∙ 300 3,14 ∙ 21,6
= 4,2 м где σ
k
– восходящая скорость движения воды (21,6 м/ч). Диаметр флотатора-отстойника:
Изм.
№ докум. Подп. Дата
62 ф √
4 ∙ ????
1
???? ∙ ????
0
= √
4 ∙ 300 3,14 ∙ 4,7
= 9,01 м где σ
0
– скорость движения воды в отстойной зоне, равная 1,3 мм/с или 4,7 м/ч. Принимаем типовой флотатор–отстойник диаметром м диаметром флотационной камеры м. Время пребывания воды во флотационной камере ф ∙ 60
????
????
=
0,8 ∙ 60 21,6
= 2,22 мин где h = 0,8 м – расстояние от оси водораспределителя до нижней кромки камеры
к
= 21,6 м/ч – скорость движения воды во флотационной камере. Время пребывания воды в отстойной зоне
????
????
=
???? ∙ ф ℎ
????
4 ∙ ????
1
=
3,14 ∙ 9 2
∙ 1,5 4 ∙ 300
= 19,2 мин где h
0
= 1,5 м – глубина отстойной зоны ниже камеры флотации. Общее время пребывания воды во флотаторе – отстойнике
???? = ф+ о 2,22 + 19,2 = 21,42 мин
Количество нефтесодержащей пены
????
????
=
24 ∙ ???? ∙ (????
в????
н
− ????
вх н
)
????
н
∙ (100 − 90) ∙ 10 4
=
24 ∙ 1404 ∙ (315,9 − 15,8)
0,95 ∙ (100 − 90) ∙ 10 4
= 106,44 м
3
/сут
Изм.
№ докум. Подп. Дата
63 где н, С
к
– начальное и конечное содержание нефтепродуктов в исходной воде, мг/л;
90% процент обводненности уловленных нефтепродуктов принимается н – объемная масса нефтесодержащей пены, равная 0,95 т/м
3
Количество задержанного осадка ос ∙ ???? ∙ в Э
????
ос
∙ (100 − ????) ∙ 10 4
=
24 ∙ 1404 ∙ 37,5 ∙ 0,95 1,05 ∙ (100 − 95) ∙ 10 4
= 22,87 м
3
/сут где C
en
– концентрация взвешенных веществ в исходной воде, мг/л; Р – влажность свежевыпавшего осадка составляет 95%; ос – объемная масса осадка, 1,05 т/м
3
В качестве коагулянта принимается A1 2
(S0 4
)
3
по ГОСТ 12966—75 дозой 50 мг/л. В таблице 2.12 приведены концентрации загрязняющих веществ после флотатора, а в таблице 2.13 его материальный баланс. Таблица 2.12 – Концентрации загрязняющих веществ после флотатора Наименование ЗВ Ед. изм. Концентрация на входе Концентрация на выходе ДК
ов
Взвешенные вещества мг/дм
3 37,49 1,87 25 Нефтепродукты мг/дм
3 315,90 15,80 25 Аммонийный азот мг/дм
3 30,00 30,00 5 Нитраты мг/дм
3 6,00 6,00 40 Нитриты мг/дм
3 1,00 1,00 0,08 Фенолы мг/дм
3 0,10 0,10 0,001
ХПК мг·О
2
/дм
3 360,00 162,00 30
БПК мг·О
2
/дм
3 280,00 140,00 25 Таблица 2.13 – Материальный баланс флотатора Приход Наименование к/ч т/сут т/год Процент масс, %
1 2
3 4
5
Q8 Сточные воды, в т.ч. Вода
1403995,0900 1403993,5700 33695,8800 33695,8500 12298996,9500 12298983,6600 100,0000 99,9998
Изм.
№ докум. Подп. Дата
64 Окончание таблицы 2.13 1
2 3
4 5 Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q9 Коагулянт
0,0526 0,4435 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,5054 0,3931 0,0702 0,0013 0,0106 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0121 0,0094 0,0017 0,4610 3,8853 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 4,4277 3,4437 0,6150 0,0004·10
-2 0,0032·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0036·10
-2 0,0028·10
-2 Итого
1403995,0900 33695,8800 12298996,9500 100,0000 Расход
Q12 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q10 Нефтесодержащая пена
Q11 Осадок
1403994,1700 1403993,6700 0,0026 0,0222 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,2274 0,1966 0,8216 0,0950 33695,8600 33695,8500 0,0001 0,0005 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0055 0,0047 0,0197 0,0023 12298988,9200 12298984,5300 0,0231 0,1943 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 1,9924 1,7219 7,1975 0,8322 100,0000 99,9999 0,0019·10
-4 0,0002·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0016·10
-2 0,0014·10
-2 0,0059·10
-2 Итого
1403995,0900 33695,8800 12298996,9500 100,0000 Таким образом, эффективность очистки флотатора по взвешенным веществам составила 95%, по нефтепродуктам 95%, ХПК 55%, БПК 50%.
2.4.5 Расчет основных параметров мембранного биореактора Проведем расчет мембранных биореакторов согласно методике, приведенной в учебном пособии Степанова СВ. Технологический расчет аэротенков и мембранных биореакторов» [27]. Расчет скорости окисления и продолжительности обработки сточных вод. Значения кинетических констант является оптимальным для нормального протекания процессов очистки сточной воды для предприятия нефтепереработки. В таблице 2.14 приведены значения кинетических констант биологической очистки
Изм.
№ докум. Подп. Дата
65 сточных вод по отношению к концентрации активного ила в мембранном биореакторе. Данное значение равно 3 гл, при этом, концентрация кислорода равна
3 мгла температура соответствует значению 20 С [28]. Таблица 2.14 – Значения кинетических констант биологической очистки сточных вод НПЗ Процесс Максимальная скорость окисления
V
max
, мг/(г*ч) Константа
Михаэлиса
K
m
, мг/л Константа торможения Концентрация инертного вещества S
i
, мг/л
БПК
1,9 6,2
ХПК
18,5 80 9,3 60 Нефтепродукты
2,5 0,5 18,9 0,4 Нитрификация
1,67 0,38 26,1
Денитрификация
0,7 0,17 Фенолы
0,09 0,028 Уравнением Михаэлиса-Ментен (2.5) описывает кинетику окисления органических веществ сточных вод, фенолов, синтетических поверхностно- активных вещетсв и денитрификацию, нитрификацию - уравнение (2.6) и окисления нефтепродуктов, химическое потребление кислорода – уравнение (2.7).
???? =
????
????????????
∙ ????
???? + ????
????
(2.5) где V– удельная скорость окисления, мг/(г×ч),
V
max
– максимальная скорость окисления, мг/(г×ч),
S – концентрация органических загрязнений, мг/л,
K
m
– константа Михаэлиса - Ментен, мг/л.
???? =
????
????????????
∙ ????
???? + ????
????
+
????
2
???? ∙ ????
????
(2.6)
Изм.
№ докум. Подп. Дата
66 где α – константа торможения. Далее следует рассчитать продолжительность пребывания сточной воды в аэробной зоне. При расчете необходимо учесть все нормируемые показатели, такие как окисление нефтепродуктов, фенолов
????
????
=
????
вх.????
− ????
вых.????
????
????
∙ (1 − ????)????
????
(2.7) где S
вх.j и S
вых.j
– концентрации го загрязнения вводе на входе и выходе, мг/л; a
i
– концентрация активного ила, гл
S – зольность, ед
V
j
– удельная скорость окисления го загрязнения, мг/(г×ч). Как показывает практика, целесообразно принять концентрацию активного ила в аэротенке 2-3 гл, в мембранном биореакторе 8 гл, зольность равную 0,16-
0,23 ед. Далее рассчитаем значение при субстратном торможении [29]:
???? =
????
????????????
∙ (???? − ????
????
)
(???? − ????
????
) + ????
????
+
(???? − ????
????
)
2
???? ∙ ????
????
(2.8) где S
i
– концентрация биорезистентных веществ, мг/л.
S – значение субстрата, принимаем равное 78 мг/л. Учитывая, чтоб азот убывает при процессах ассимиляции, продолжительность денитрификации и нитрификации определяется учетом материального баланса [30]:
????
нитр
=
????
орг.вх.
+ ????
амм.вх
− ????
амм.вых.
− избил ????
в.в.
????
????
(1 − ????) ∙ ????
нитр
(2.9)
Изм.
№ докум. Подп. Дата
67
????
????????нитр
=
????
общ.вх.
− ????
общ.вых
− избил ????
в.в.
????
????
(1 − ????) ∙ ????
денитр
(2.10) где N
орг.вх
. – масса органического азота вводе доочистки, мг/л (примем значение, равное 44% от общ.
);
N
амм.вх. и N
амм.вых.
– масса аммонийного азота вводе на входе и выходе мг/л;
N
общ.вх и N
общ.вых
– масса общего азота вводе на входе и выходе, мг/л; избил – масса азота, удаляемого вместе с избыточным илом, принимаемая равной 2,5 мг/л ;
N
в.в
– масса азота, удаляемого со взвешенными веществами, принимаем равной 0,8 мг/л;
V
нитр.
и V
денитр.
– скорости нитрификации и денитрификации, мг/(г×ч). Полученные результаты расчётов сведены в таблицу 2.15. Таблица 2.15 – Результаты расчета некоторых значений
S
вх
, мг/л
S
вых
, мг/л
V
max
, мг/(г*ч)
K
m
S
i
, мг/л
V, мг/(г*ч) t, час Окисление органических веществ по БПК
полн
140,00 140,00 1,9 6,2 1,86 24,62
ХПК
108,00 108,00 18,5 80 9,3 60 3,38 23,72 Нефтепродукты
15,80 0,79 2,5 0,5 18,9 0,4 0,27 5,23 Азот аммонийный нитрификация)
30,00 3,01 1,67 0,38 26,1 0,33 26,84 Нитраты
(денитрификация)
6,00 1,75 0,7 0,17 0,60 10,49 Нитриты
(денитрификация)
1,00 0,06 0,7 0,17 0,68 9,22 Фенолы
0,10 0,001 0,09 0,028 0,09 8,62 Определение дозы дополнительного субстрата. Рассчитаем биологическое потребление кислорода на входе в аэробную зону, учитывая при этом, что значение органических веществ в денитрификаторе уменьшается
Изм.
№ докум. Подп. Дата
68
????
аэр.вх.
= ????
вх
− ????
денитр
∙ ????
денитр
∙ ????
денитр
∙ ????
????
∙ (1 − ????)
= 140 − 5,02 ∙ 1,86 ∙ 24,62 ∙ 8 ∙ (1 − 0,2) = 97,78 мг/л где K
денитр
– стехиометрический коэффициент окисления веществ при денитрификации принимаем равный 5,02;
- концентрация азота, которая была восстановлена в аноксидной зоне, мг/л. Присутствие вводе органических веществ может существенно замедлить реакцию нитрификации (если в формуле будет получено отрицательное значение. В этом случае следует в аноксидную зону дозировать легкоокисляемый субстрат, например, этанол, уксусную кислоту или глицерин. Доза дополнительного субстрата определяется по формуле доп ∙ ????
денитр
∙ ????
общ.вх
− ????
вх
????
доп
=
1,2 ∙ 5,02 ∙ 36,06 − 140 1,82
= 38,59 г/м
3
где S
вх.
– полное биологическое потребление кислорода в поступившей воде, мг/л; доп удельное полное биологическое потребление кислорода субстрата, мг·О/мг;
1,2 – коэффициент запаса. Значения l доп принимаем следующие для этанола равно 1,82; метанола – 1,08; уксусной кислоты – 0,86; глицерина – 0,86. Рекомендуемым по многим показателям является метанол. Расчет рециркуляции иловой смеси. Важным расчетным параметром является степень рециркуляции иловой смеси между зонами нитрификации и денитрификации, влияющая на эффективность удаления соединений азота. Она рассчитывается по уравнению материального баланса
s
a
V
t
i
денитр
денитр
1
Изм.
№ докум. Подп. Дата
69
????
нитр−денитр
=
????
денитр
∙ ????
денитр
∙ ????
????
∙ (1 − ????)−????
нитрат.вх
????
нитрат.вых
=
10,49 ∙ 0,6 ∙ 8 ∙ (1 − 0,2) − 6 1,75
= 11,43 где N
нитрат.вх.
и N
нитрат.вых. концентрация нитратов азота на входе и выходе, мг/л Минимальное значение рецикла ила внешнего принимаем равное внеш.
Рецикл ила внутренний внутр ????
нитр−денитр
− внеш 11,43 − 10,8 = Всего потрачено циркуляционной иловой смеси
????
общ.расч.
=
????
нитр−денитр
∙ ????
ср.сут.
24
=
11,43 ∙ 33 696 24
= 16 047,72 м
3
/ч где
- средний суточный расход, равный 33 696 м
3
/сут. Всего потрачено циркуляционного ила
????
ил
=
????
ср.сут.
24 ∙ внеш 24 ∙ 10,8
= 130 м
3
/ч Расчет расхода, подаваемого в аэробную зону воздуха. Расчет воздуха, который подается в аэробную зону можно рассчитать последующей формуле
.сут
ср
Q
Изм.
№ докум. Подп. Дата
70
????
возд
=
????
????
(????
аэр.вх
− ????
вых
) + 4,57(????
орг.вх
+ ????
амм.вх
− ????
амм.вых
) + 2(????
вх
− ????
вых
)
????
1
∙ ????
2
∙ ????
????
∙ ????
3
∙ (????
????
−????
????
)
=
11,03 ∙ (140 − 2,81) + 4,57 ∙ (16,104 + 30 − 3,0) + 2(0 − 0)
2,3 ∙ 2,52 ∙ 0,9 ∙ 1,1 ∙ (9,02 − 2)
= 14,42 м
3
где q
0
- расход воздуха, мг/мг, принимаем равным 1,1;
S
аэр.вх.
- полное биологическое потребление кислорода при входе в аэробную зону, мг/л;
S
вых.
- полное биологическое потребление кислорода очищенной воды, мг/л;
N
амм.вых
- масса азота аммонийного в очищенной воде, мг/л;
4,57 - расход кислорода при окислении азота аммонийного до нитратов
С
вх и С
вых
- масса сульфидов в поступившей и воде, прошедшей очистку, мг/л;
2 – стехиометрический расход кислорода при окислении 1 мг сульфидов до сульфатов К - коэффициент, учитывающий тип аэратора К - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов
К
Т
- коэффициент, учитывающий температуру сточных вод К - коэффициент качества сточных вод
С
а
- растворимость кислорода воздуха вводе, мг/л;
C
o
- средняя концентрация растворенного кислорода в аэротенке, мг/л. Определение объёмов сооружений и площади мембран. Чтобы рассчитать объемы оборудования, необходимо использовать данные аноксидной и аэробной зон. Воспользуемся значением максимального суточного расхода, равного 33696*1,3=43804,8 м
3
/сут и расчетных параметров денитрификации и фенолов
????
анокс
= ????
????????????.сут.
∙
????
денитр
24
= 43804,8 ∙
9,22 24
= 9233,2 м
Изм.
№ докум. Подп. Дата
71 где t денитр
– продолжительность процесса денитрификации, час.
????
аэробн
= сут 43804,8 ∙
8,62 24
= 8632,2 м
3
где t aer
– аэробное время, час. общ ????
анокс
+ ????
аэробн
= 9233,2 + 8632,2 = 17865,5 мВ основе расчета используется минимум два расчетных значения проницаемости мембран при фильтрации i - для длительной работы без перерыва, ноне менее месяца i
max
- для пропуска максимального расхода не более 24 ч, а также для обратной промывки i пром
В качестве расчетных данных, опираясь на лучшие существующие погружные половолоконных мембран, принимаем, л/(м
2
ч i=20-25; i max
=25-30; пром =15-20. Рассчитаем время работы мембран в режиме фильтрации, ч/сут: фильтр 24 − ????
релакс
−????
пром
= 24 − 1,82 − 0,36 = 21,82 ч где Т
релакс и Т
пром
– время, затрачиваемое ежедневно на режимы простоя и обратной промывки, ч/сут.
????
релакс
=
24 ∙ ????
релакс
∙ ????
релакс
????
пром
+ пром ∙ 0,017 ∙ 5 1,105 + 0,017
= ч
????
пром
=
24∙????
пром
????
пром
+????
пром
=
24∙0,017 1,105+0,017
= ч пром (фильтр+ ????
релакс
) ∙ ????
релакс
+ фильтр (0,17 + 0,017) ∙ 5 + 0,17 = ч
Изм.
№ докум. Подп. Дата
72 где
- продолжительность непрерывного отбора пермеата, ч
- продолжительность простоя оборудования, ч
- продолжительность одной обратной промывки, ч
- интервал между обратными промывками, ч
- количество простоя между двумя обратными промывками. Данные значения были приняты исходя из практики эксплуатации мембранных биоректоров на предприятиях нефтепереработки. Важно учитывать, что количество параллельно работающих линий мембранных резервуаров, n, должно быть равно не менее четырех. Необходимо рассчитать площадь мембран (для суточного и часового сут 10 фильтр ????
=
43804 ∙ 10 3
21,82 ∙ 22
= м ∙ час 10 фильтр − 1
=
24 ∙ 1825 ∙ 10 3
21,82 ∙ 27
∙
8 8 − 1
= 46627,7м
2
где и
– максимальные суточный, м
3
/сут, и часовой, м
3
/ч, расходы i и i max
– удельная проницаемость мембран, л/(м
2
ч n – количество параллельно работающих линий. Значение рабочей площади мембран биоректора принимаем с запасом, равное F = 51000 м. Это связанно с возвратом воды в мембранные резервуары. Число параллельно работающих линий резервуаров принято равным 8. При этом важно учесть, чтобы их площади были приблизительно равны. Количество воды от обратной промывки равном сут пром пром ???? ∙ пром 10
−3
= 17 ∙ 51000 ∙ 0,36 ∙ 10
−3
= 312,12м
3
где i пром - удельная проницаемость для обратной промывки, л/(м
2 ч.
фильтр
t
релакс
t
пром
t
пром
i
релакс
n
сут
Q
max
час
Q
max
Изм.
№ докум. Подп. Дата
73 Рассчитаем среднесуточная удельная проницаемость мембран
????
ср.сут
=
(????
ср.сут
+ пром) ∙ 10 фильтр ????
=
(33 696 + 312,12) ∙ 10 3
21,82 ∙ 51000
= 16,89л/(м
2
∙ ч) Расход воздуха для аэрации мембран определяется по формуле в ???? ∙ ????
????????????????????????мемб
= 51000 ∙ 0,5 = 25500м
3
/ч где мембран - удельный расход воздуха на аэрацию мембран, равный 0,2 - 0,6 м
3
/(м
2
×ч). Фактическая удельная проницаемость мембран регулируется в зависимости от притока сточных вод за счет изменения производительности пермеатных насосов. Мембранные модули могут содержать от 10 до 20 кассет с мембранами. В каждой кассете располагается до 15 пучков мембранных волокон, которые, в свою очередь, состоят из 1000 микроволокон и оборудованы патрубком для отвода фильтрата. Небольшой размер пор характеризуется тщательным отделением активного ила от сточных вод. Мембраны предусматривают свободное место для дополнительных кассет, что в дальнейшем поможет увеличить производительность установки. Согласно работе СВ. Степанова Биологическая очистка и доочистка сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических сточных вод при использовании МБР в схеме очистки сточных вод НПЗ прирост биомассы активного ила по экспериментальным данным составляет 0,135 кг на кг БПКполн по сухому веществу биомассы. Таким образом, при номинальной гидравлической нагрузке комплекса биологической очистки Q = 33 696 м
3
/сутки с максимальной концентрацией
БПКполн = 0,140 кг/м
3
прирост активного ила составит
Изм.
№ докум. Подп. Дата
74
0,135 кг/кг∙33696м^3/сут∙0,140кг/м^3=636,9 кг/сут или 232,5 т/год по сухому веществу При дозе активного ила 6 г/литр, объем не обезвоженного осадка составит
105,7 м
3
/сутки или 38 595 м
3
/год с влажностью 99,5%. В таблице 2.16 приведены концентрации загрязняющих веществ после мембранного биореактора, а в таблице 2.17 его материальный баланс. Таблица 2.16 – Концентрации загрязняющих веществ после мембранного биореактора Наименование ЗВ Ед. изм. Концентрация на входе Концентрация на выходе
ДК
ов
Взвешенные вещества мг/дм
3 37,49 1,87 25,00 Нефтепродукты мг/дм
3 315,90 15,80 25,00 Аммонийный азот мг/дм
3 30,00 30,00 5,00 Нитраты мг/дм
3 6,00 6,00 40,00 Нитриты мг/дм
3 1,00 1,00 0,08 Фенолы мг/дм
3 0,10 0,10 0,001
ХПК мг·О
2
/дм
3 360,00 162,00 30,00
БПК мг·О
2
/дм
3 280,00 140,00 25,00 Таблица 2.17 – Материальный баланс мембранного биореактора Приход Наименование к/ч т/сут т/год Процент масс, %
1 2
3 4
5
Q12 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q13 Активный ил
1403994,1700 1403993,6700 0,0026 0,0222 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,2274 0,1966 4404,1700 33695,8600 33695,8500 0,0063·10
-2 0,0532·10
-2 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0055 0,0047 105,7000 12298988,9200 12298984,5300 0,0231 0,1943 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 1,9924 1,7219 38580,5000 100,0000 99,9998 0,1874·10
-6 1,5795·10
-6 0,0003·10
-2 0,0006·10
-3 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0016·10
-2 0,0014·10
-2 0,3137 Итого
1403994,1000 33695,8600 12298988,3000 100,000 Расход
Q17 Очищенная вода, в т.ч.
1399589,9600 33590,1600 12260408,0200 100,0000
Изм.
№ докум. Подп. Дата
75 Окончание таблицы 2.17 1
2 3
4 5 Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q14 Азот
Q16 Активный ил
1399589,9400 0,0768·10
-2 0,0011 0,0042 0,0025 0,0086·10
-2 0,0001·10
-2 0,0045 0,0019 0,0452 4404,1700 33590,1600 0,0018·10
-2 0,0027·10
-2 0,0101·10
-2 0,0059·10
-2 0,0002·10
-2 0,0003·10
-4 0,0109·10
-2 0,0047·10
-2 0,1085·10
-2 105,7000 12260407,8900 0,0067 0,0097 0,0368 0,0215 0,0750·10
-2 0,0012·10
-2 0,0398 0,0172 0,3959 38580,5000 99,9998 0,0055·10
-5 0,0079·10
-5 0,0003·10
-3 0,01752·10
-5 0,0061·10
-6 0,0001·10
-4 0,0325·10
-5 0,0140·10
-5 0,0323·10
-4 0,3147 Итого
1403994,1000 33695,8800 12298988,3000 100,0000 Как видно из таблицы 2.17, эффективность очистки мембранного биореактора по взвешенным веществам составила 70,8%, по нефтепродуктам 95%, по аммонийному азоту 90%, по нитратам 70,9%, по нитритам 93,9%, по фенолу
99%, ХПК 98%, БПК 99%.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
76 На рисунке 2.18 обозначены следующие потоки
Q1 – сточные воды на очистку
Q2 – шлам с решеток
Q3 – очищенные сточные воды от крупной и волокнистых материалов
Q4 – шлам (уловленный песок
Q5 – сточные воды, очищенные от песка
Q6 – шлам (осадок
Q7 – шлам нефтесодержащий;
Q8 – сточные воды, прошедшие очистку в нефтеловушке;
Q9 – коагулянт
Q10 – осадок
Q11 – нефтесодержащая пена
Q12 – сточные воды, прошедшие физико-химическую очистку
Q13 – активный ил
Q14 – азот
Q15 – активный ил на утилизацию
Q17 сточные воды после биологической очистки. Общий материальный баланс разработанной схемы очистки сточных вод
НПЗ представлен в таблице 2.19. Таблица 2.19 – Общий материальный баланс разработанной схемы очистки сточных вод НПЗ Приход Наименование к/ч т/сут т/год Процент масс, %
1 2
3 4
5
Q1 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
1404000,0000 1403994,5400 0,4914 3,5100 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,8424 33696,0000 33695,8700 0,0118 0,0842 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0202 12299040,0000 12298992,1900 4,3047 30,7476 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 7,3794 100,0000 99,9996 0,0035·10
-2 0,0250·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0060·10
-2
Изм.
№ докум. Подп. Дата
77 Окончание таблицы 2.19 1
2 3
4 5
БПК
Q9 Коагулянт
Q13 Активный ил
0,5616 0,0702 4404,1700 0,0135 0,0017 105,7000 4,9196 0,6150 0,3959 0,0040·10
-2 0,0005·10
-2 0,3137 Итого
1408404,2400 33801,7000 12337621,1100 100,0000 Расход
Q17 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенол
Q2 Шлам с решеток
Q4 Шлам (улов.песок)
Q6 Шлам (осадок)
Q7 Шлам нефтесодерж.
Q10 Осадок
Q11 Нефтесодерж. пена
Q14 Азот
Q15 Активный ил на утилизацию
1399589,9600 1399589,9400 0,0768·10
-2 0,1109·10
-2 0,4212·10
-2 0,2451·10
-2 0,0086·10
-2 0,0001·10
-2 0,2906 1,4280 0,2395 3,0270 0,0950 0,8216 0,0452 4404,1700 33590,1600 33590,1600 0,0018·10
-2 0,0027·10
-2 0,0101·10
-2 0,0059·10
-2 0,0002·10
-2 0,0003·10
-4 0,0070 0,0343 0,0057 0,0726 0,0023 0,0197 0,0011 105,7000 12260408,0200 12260407,8900 0,0067 0,0097 0,0368 0,0215 0,0750·10
-2 0,0012·10
-2 2,5459 12,5091 2,0977 26,5169 0,8322 7,1975 0,3959 38580,5000 100,0000 99,9998 0,0549·10
-6 0,0792·10
-6 0,0003·10
-4 0,1752·10
-6 0,0061·10
-6 0,0001·10
-6 0,0021·10
-2 0,0102·10
-2 0,0017·10
-2 0,0216·10
-2 0,0007·10
-2 0,0059·10
-2 0,3229·10
-5 0,3147 Итого
1408404,2400 33801,7000 12337621,1100 100,0000 Таким образом, общая эффективность очистки сточных вод очистными сооружениями составила по взвешенным веществам – 99,84%, нефтепродуктам
– 99,97%, аммонийному азоту – 89,97%, нитратам – 70,8%, нитритам – 93,88%, фенолам – 99%, ХПК – 99,82%, БПК – 99,30%.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
78 Выводы Оценено воздействие нефтеперерабатывающего предприятия (НПЗ) на окружающую среду. Дана характеристика НПЗ 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. Показано, что из-за неприменения 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. Разработана технология очистки сточных вод НПЗ, предусматривающая механическую, физико-химическую и биологическую очистку, в т.ч. применение мембранного биореактора. Выявлено, что при применении разработанной схемы очистки удаляется до
99% содержащихся в сточной воде загрязняющих веществ, таких как органические вещества, нефтепродукты, соединения азота, фенол и т.д.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
79 Список использованных источников
1.
PROНПЗ: нефтепереработка Электронный ресурс.
URL: https://pronpz.ru/neftepererabatyvayushchie-zavody/ufaneftehim.html#i-14. дата обращения 17.11.2022).
2.
СП 131.13330.2020 Строительная климатология.
3.
Бактыбаева З.Б. Оценка воздействия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности на эколого-гигиеническое состояние объектов окружающей среды и здоровье населения (обзор литературы. / Бактыбаева З.Б.,
Сулейманова Р.А., Валеев Т.К., Рахматуллин Н.Р. // Медицина труда и экология человека. – 2018. - №4 – с. 12-26.
4.
ИТС 30-2021. Информационно технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Переработка нефти.
5. Технология переработки нефти. В х частях. Часть вторая. Физико- химические процессы / Капустин В.М., Гуреев А.А. – М Химия, 2015 – 400 с.
6.
Хисамеева, Л.Р. Совершенствование технологии очистки сточных вод
Л.Р. Хисамеева// Инженерные системы и экология в строительстве матер.перв.засед.. – Казань, 2017. – с.
7. Анализ химико-технологических водных систем нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий / Ю. Р. Абдрахимов, ГМ. Шарафутдинова, Р. И. Хангильдин, АР. Хангильдина // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. – 2011. – № 6. – С. 222-253.
8. Экология переработки углеводородных систем Учебник / Под. ред. д- ра хим. наук, проф. МЮ. Доломатова, д-ра техн. наук, проф. Э. Г. Теляшева. – М Химия, 2002. – 608 стр.
9. Государственный доклад "О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2021 году. - М Минприроды России, 2022.
10. Экологический отчет ПАО Газпром за 2021 г.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
80
11. Технология переработки нефти. В х частях. Часть вторая. Физико- химические процессы / Капустин В.М., Гуреев А.А. – М Химия, 2015 – 400 с.
12.
Таранова, Л. В. Оборудование подготовки и переработки нефти и газа
: учебное пособие / Л. В. Таранова, А. Г. Мозырев. — Тюмень : ТюмГНГУ, 2014.
— 236 c.
13. Роев ГА. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды-М.: Недра, 1993.
14.
Пономарев В.Г., Иоакимис Э.Г, Монгайт ИЛ. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. М Химия, 1985. 256 с.
15.
ВУТП - 97. Ведомственные указания по технологическому проектированию производственного водоснабжения, канализации и очистки сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей промышленности. М Министерство топлива и энергетики РФ, 1997. 72 с.
16.
Ксенофонтов Б.С. Очистка воды и почвы флотацией. М Новые технологии, 2004. 224 с.
17. Орлов, В. А. Инженерно-технологическая реконструкция сооружений водоснабжения и водоотведения : учебное пособие / В. А. Орлов, Е. С. Гогина, НА. Макиша. — Москва : МИСИ – МГСУ, 2022. — ISBN 978-5-7264-3026-3. — Текст
: электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/262319 (дата обращения 24.03.2023). — Режим доступа для авториз. пользователей. — С. 58.).
18.
МБР: Станция биологической очистки сточных вод на базе мембранного биореактора Электронный ресурс.
-
URL: https://sta.ecolos.ru/products/bio-ochistka-xoz-byt/membran-bioreaktory/ дата обращения 19.12.2022).
19. Степанов, СВ. Модульные мембранные биореакторы СВ. Степанов, А. Степанов, Ю.Е. Сташок, Блинкова Л.А. // Водоснабжение и санитарная техника. –2013. – № 8. – С. 51-55.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
81
20. Промышленная подготовка и очистка сточных вод Технология мембранных биореакторов (МБР) Электронный ресурс. - URL: https://me- system.ru/tehnologii/mbr/ (дата обращения 19.12.2022).
21. Установка для биологической очистки сточных вод пат. 141351 Электронный ресурс – URL: http://fips.ru (дата обращения 20.12.2022).
22. Способ очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод пат. 2547734 Электронный ресурс – URL: http://fips.ru (дата обращения
20.12.2022).
23. Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ и устройство для его осуществления пат. 2693779 Электронный ресурс – URL: http://fips.ru
(дата обращения 20.12.2022).
24. Способ очистки сточных вод от фенольных соединений пат. 2476385 Электронный ресурс – URL: http://fips.ru
(дата обращения 20.12.2022).
25. Гудков А.Г. Механическая очистка сточных вод Учебное пособие. - Вологда ВоГТУ, 2003. - 152 с.
26.
Водоотводящие системы промышленных предприятий методические указания для выполнения курсовых и дипломных проектов / М-во образования и науки Рос. Федерации, Волгогр. гос. архит.- строит. унт ; сост. Э. П. Доскина, А. В. Москвичева. — Волгоград ВолгГАСУ, 2014 – 54 с.
27. Технологический расчет аэротенков и мембранных биореакторов : учебное пособие / СВ. Степанов. - Москва : АСВ, 2020. - 223 с.
28. Степанов, СВ. Особенности расчета сооружений биологической очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов / В.Н. Швецов,
К.М.Морозова, СВ. Степанов. – М Водоснабжение и санитарная техника, 2014. -
№3. с. 45-51.
29. Опыт проектирования очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов / СВ. Степанов, А. К. Стрелков, Ю. Е. Сташок, и др. // Водоснабжение и санитарная техника. – 2013.– № 8. – С. 34- 43.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
82
30. Беляков, А. В. Исследование процессов нитри-денитрификации в одноступенчатой схеме биологической очистки сточных вод / СВ. Степанов, А. В. Беляков, Л. А. Блинкова // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре материалы й всерос. Науч.-техн. конф. ч – Самара СГАСУ, 2013. – С. 199-202.
31. Постановление Правительства РФ от 03.03.2017 N 255 Об исчислении и взимании платы за негативное воздействие на окружающую среду
32. Постановление Правительства РФ от 13.09.2016 N 913 О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах.
33. Постановление Правительства РФ от 20.03.2023 N 437 О применении в 2023 году ставок платы за негативное воздействие на окружающую среду.
34. Руководство по проектированию и расчету флотационных установок для очистки сточных вод Текст / ВНИИ водоснабжения, канализации, гидротехн. сооружений и инж. гидрогеологии. - Москва : Стройиздат, 1978. - 33 с.
35.
Трухина, МГ. Мембранные биореакторы: опыт применения в зарубежных странах / МГ. Трухина, Н. Д. Пельменёва, МЮ. Толстой // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. — 2022. — № 2. — С. 224-231.
36. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.
1 0 Марганец Медь
0,055
-
0,054 0,055
-
-
735534,
3 1
25 100 1
1 1
1,26 43690,737 42
-
-
43690,73742 1
2 Нефтепродукты Никель
0,055 0,006 0,0589 0,055 0,0039
-
73553,2 1
25 100 1
1 1
1,26 4369,0600 8
7745,151 96
-
12114,21204 1
4 Нитрат- анион
1221,3 4
1224,5 4
1224,85 1221,3 4
3,2 0,31 14,9 1
25 100 1
1 1
1,26 19653,803 28 1287,36 498,85 2
21440,01528 1
5 Нитрит- анион
4,235 4,66 4,658 4,235 0,423
-
7439 1
25 100 1
1 1
1,26 34024,498 2
84960,81 9
-
118985,3172 1
6
НСПАВ
2,1 2,65 2,754 2,1 0,55 0,104 1192,3 1
25 100 1
1 1
1,26 2704,1364 17705,65 5
13391,
91 33801,705 1
7 Сероводород
Сульфат
-ион
3630,2 34 3634,2 45 3634,387 3630,2 34 4,011 0,142 313,2 1
25 100 1
1 1
1,26 1227948,4 32 33918,62 04 4803,2 35 1266670,288 1
9 Фенол
0,075 0,0765 0,076 0,075 0,0015
-
735534,
3 1
25 100 1
1 1
1,26 59578,278 3
29789,13 92
-
89367,41745 2
0 Фосфаты
ХПК
655,2 663,34 660,567 655,2 5,367
-
-
1 25 100 1
1 1
1,26
-
-
-
0 2
2 Хром
0,0064 0,0069 0,0068 0,0064 0,0004
-
29751,8 1
25 100 1
1 1
1,26 205,64444 16 321,3194 4
-
526,9638816 2
3 Цинк
0,089 0,0895 0,0891 0,089 0,0001
-
73553,2 1
25 100 1
1 1
1,26 7069,9335 84 198,5936 4
-
7268,527224 3189813,2 48 2504837,
23 19800,
73 5714451,201
0
= 0,4 мм/с – гидравлическая крупность частиц нефти, глубину отстаиваемого слоя воды H
set
= м, скорость дфижения воды в нефтеловушке ν=5 мм/с. Продолжительность всплывания нефтяных частиц
????
????
=
????
????????????
3,6 ∙ ????
=
2 3,6 ∙ 5
= 0,114 ч
В зависимости от соотношения v/u
0
=5/0,4=12,5 принимаем коэффициент, учитывающий турбулентность потока воды a=1,575 и определим длину отстойной части нефтеловушки:
???? = ???? ∙
????
????
0
∙ ????
????????????
= 1,575 ∙
5 0,4
∙ 2 = 39,375 м
Изм.
№ докум. Подп. Дата
59 Принимаем L = м. Продолжительность отстаивания
????
′
????
=
????
3,6 ∙ ????
=
40 3,6 ∙ 5
= 2,22 ч
Количество осадка Q
mud выделяемого при отстаивании за сутки Э − ????
????????????
)????
????????????
∙ 10 6
=
33696 ∙ 125 ∙ 70
(100 − 95)2,65 ∙ 10 6
= 66,756 м
3
/сут где Q – суточный расход сточных вод, м
3
/сут;
С-концентрация механических примесей в сточной воде, мг/л;
Э-эффект задержания осаждающихся примесей, равный для горизонтальных нефтеловушек 60-70%; p
mud
-владность осадка, равная для свежевыпавшего осадка 95%;
- объемная масса частиц осадка, равная 2,65 т/м
3
Определим количество нефтепродукта Q
oil
, задержанных за сутки
????
????????????
=
????(????
????????
− ????
????????
)
????
????????????
∙ 30 ∙ 10 4
=
33696(1974 − 315)
0,95 ∙ 30 ∙ 10 4
= 196,146 м
3
/сут где Аи А – концентрация нефтепродуктов соответственно в исходной и осветленной воде
- объемная масса обводненных нефтепродуктов, равная 0,95 т/м
3
В таблице 2.10 приведены концентрации загрязняющих веществ после нефтеловушки, а в таблице 2.11 его материальный баланс.
mud
oil
Изм.
№ докум. Подп. Дата
60 Таблица 2.10 – Концентрации загрязняющих веществ после нефтеловушек Наименование ЗВ Ед. изм. Концентрация на входе Концентрация на выходе ДК
ов
Взвешенные вещества мг/дм
3 124,95 37,49 25,00 Нефтепродукты мг/дм
3 1974,38 315,90 25,00 Аммонийный азот мг/дм
3 30,00 30,00 5,00 Нитраты мг/дм
3 6,00 6,00 40,00 Нитриты мг/дм
3 1,00 1,00 0,08 Фенолы мг/дм
3 0,10 0,10 0,001
ХПК мг·О
2
/дм
3 600,00 360,00 30,00
БПК мг·О
2
/дм
3 400,00 280,00 25,00 Таблица 2.11 – Материальный баланс нефтеловушек Приход Наименование к/ч т/сут т/год Процент масс, %
Q5 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
1403998,2800 1403993,8800 0,1754 2,7720 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,8424 0,5616 33695,9600 33695,8500 0,0042 0,0665 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0202 0,0135 12299024,9400 12298986,3700 1,5368 24,2829 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 7,3794 4,9196 100,0000 99,9996 0,0012·10
-2 0,0197·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0060·10
-2 Итого
1403998,2800 33695,9600 12299024,9400 100,0000 Расход
Q8 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q6 Шлам
Q7 Шлам нефтесодержащий
1403995,0100 1403993,5700 0,0526 0,4435 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,5054 0,3931 0,2395 3,0270 33695,8800 33695,8600 0,0013 0,0106 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0121 0,0094 0,0057 0,0726 12298996,3300 12298983,6600 0,4610 3,8853 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 4,4277 3,4437 2,0977 26,5169 100,0000 99,9998 0,0004·10
-2 0,0032·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0036·10
-2 0,0028·10
-2 0,0017·10
-2 Итого
1403998,2800 33695,9600 12299024,9400 100,0000 Таким образом, эффективность очистки нефтеловушек по взвешенным веществам составила 70%, по нефтепродуктам 84%, ХПК 40%, БПК 30%.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
61
2.4.4 Расчет флотационной установки Проведем расчет флотатора-отстойника, работающего с рециркуляцией согласно методике, приведенной в методических указаниях Доскина Э.П. и
Москвичева А.В. «Водоотводящие системы промышленных предприятий [26]. На установку поступают сточные воды в количестве 1404 м
3
/ч. Концентрация нефтепродуктов 315,9 мг/л, взвешенных веществ 37,5 мг/л. Принимаем
- высоту флотационной камеры h k
= 1,5 м
- высота воды во флотаторе h ф = м
- остаточная концентрация нефтепродуктов составляет 15,8 мг/л (95% эффективность, остаточная концентрация взвешенных веществ составляет 1,9 мг/л
(95% эффективность
- 4 отстойника-флотатора. Расход на один флотатор-отстойник с учетом рециркуляционного расхода
????
1
=
???? + ???? ∙ ????
????
=
1404 + 0,5 ∙ 1404 7
= 300 м
3
/ч где Q – расход сточных вод, мча коэффициент рециркуляции (50%); n – количество флотаторов (4 шт. Диаметр камеры флотации
????
????
= √
4 ∙ ????
1
???? ∙ ????
????
= √
4 ∙ 300 3,14 ∙ 21,6
= 4,2 м где σ
k
– восходящая скорость движения воды (21,6 м/ч). Диаметр флотатора-отстойника:
Изм.
№ докум. Подп. Дата
62 ф √
4 ∙ ????
1
???? ∙ ????
0
= √
4 ∙ 300 3,14 ∙ 4,7
= 9,01 м где σ
0
– скорость движения воды в отстойной зоне, равная 1,3 мм/с или 4,7 м/ч. Принимаем типовой флотатор–отстойник диаметром м диаметром флотационной камеры м. Время пребывания воды во флотационной камере ф ∙ 60
????
????
=
0,8 ∙ 60 21,6
= 2,22 мин где h = 0,8 м – расстояние от оси водораспределителя до нижней кромки камеры
к
= 21,6 м/ч – скорость движения воды во флотационной камере. Время пребывания воды в отстойной зоне
????
????
=
???? ∙ ф ℎ
????
4 ∙ ????
1
=
3,14 ∙ 9 2
∙ 1,5 4 ∙ 300
= 19,2 мин где h
0
= 1,5 м – глубина отстойной зоны ниже камеры флотации. Общее время пребывания воды во флотаторе – отстойнике
???? = ф+ о 2,22 + 19,2 = 21,42 мин
Количество нефтесодержащей пены
????
????
=
24 ∙ ???? ∙ (????
в????
н
− ????
вх н
)
????
н
∙ (100 − 90) ∙ 10 4
=
24 ∙ 1404 ∙ (315,9 − 15,8)
0,95 ∙ (100 − 90) ∙ 10 4
= 106,44 м
3
/сут
Изм.
№ докум. Подп. Дата
63 где н, С
к
– начальное и конечное содержание нефтепродуктов в исходной воде, мг/л;
90% процент обводненности уловленных нефтепродуктов принимается н – объемная масса нефтесодержащей пены, равная 0,95 т/м
3
Количество задержанного осадка ос ∙ ???? ∙ в Э
????
ос
∙ (100 − ????) ∙ 10 4
=
24 ∙ 1404 ∙ 37,5 ∙ 0,95 1,05 ∙ (100 − 95) ∙ 10 4
= 22,87 м
3
/сут где C
en
– концентрация взвешенных веществ в исходной воде, мг/л; Р – влажность свежевыпавшего осадка составляет 95%; ос – объемная масса осадка, 1,05 т/м
3
В качестве коагулянта принимается A1 2
(S0 4
)
3
по ГОСТ 12966—75 дозой 50 мг/л. В таблице 2.12 приведены концентрации загрязняющих веществ после флотатора, а в таблице 2.13 его материальный баланс. Таблица 2.12 – Концентрации загрязняющих веществ после флотатора Наименование ЗВ Ед. изм. Концентрация на входе Концентрация на выходе ДК
ов
Взвешенные вещества мг/дм
3 37,49 1,87 25 Нефтепродукты мг/дм
3 315,90 15,80 25 Аммонийный азот мг/дм
3 30,00 30,00 5 Нитраты мг/дм
3 6,00 6,00 40 Нитриты мг/дм
3 1,00 1,00 0,08 Фенолы мг/дм
3 0,10 0,10 0,001
ХПК мг·О
2
/дм
3 360,00 162,00 30
БПК мг·О
2
/дм
3 280,00 140,00 25 Таблица 2.13 – Материальный баланс флотатора Приход Наименование к/ч т/сут т/год Процент масс, %
1 2
3 4
5
Q8 Сточные воды, в т.ч. Вода
1403995,0900 1403993,5700 33695,8800 33695,8500 12298996,9500 12298983,6600 100,0000 99,9998
Изм.
№ докум. Подп. Дата
64 Окончание таблицы 2.13 1
2 3
4 5 Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q9 Коагулянт
0,0526 0,4435 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,5054 0,3931 0,0702 0,0013 0,0106 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0121 0,0094 0,0017 0,4610 3,8853 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 4,4277 3,4437 0,6150 0,0004·10
-2 0,0032·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0036·10
-2 0,0028·10
-2 Итого
1403995,0900 33695,8800 12298996,9500 100,0000 Расход
Q12 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q10 Нефтесодержащая пена
Q11 Осадок
1403994,1700 1403993,6700 0,0026 0,0222 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,2274 0,1966 0,8216 0,0950 33695,8600 33695,8500 0,0001 0,0005 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0055 0,0047 0,0197 0,0023 12298988,9200 12298984,5300 0,0231 0,1943 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 1,9924 1,7219 7,1975 0,8322 100,0000 99,9999 0,0019·10
-4 0,0002·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0016·10
-2 0,0014·10
-2 0,0059·10
-2 Итого
1403995,0900 33695,8800 12298996,9500 100,0000 Таким образом, эффективность очистки флотатора по взвешенным веществам составила 95%, по нефтепродуктам 95%, ХПК 55%, БПК 50%.
2.4.5 Расчет основных параметров мембранного биореактора Проведем расчет мембранных биореакторов согласно методике, приведенной в учебном пособии Степанова СВ. Технологический расчет аэротенков и мембранных биореакторов» [27]. Расчет скорости окисления и продолжительности обработки сточных вод. Значения кинетических констант является оптимальным для нормального протекания процессов очистки сточной воды для предприятия нефтепереработки. В таблице 2.14 приведены значения кинетических констант биологической очистки
Изм.
№ докум. Подп. Дата
65 сточных вод по отношению к концентрации активного ила в мембранном биореакторе. Данное значение равно 3 гл, при этом, концентрация кислорода равна
3 мгла температура соответствует значению 20 С [28]. Таблица 2.14 – Значения кинетических констант биологической очистки сточных вод НПЗ Процесс Максимальная скорость окисления
V
max
, мг/(г*ч) Константа
Михаэлиса
K
m
, мг/л Константа торможения Концентрация инертного вещества S
i
, мг/л
БПК
1,9 6,2
ХПК
18,5 80 9,3 60 Нефтепродукты
2,5 0,5 18,9 0,4 Нитрификация
1,67 0,38 26,1
Денитрификация
0,7 0,17 Фенолы
0,09 0,028 Уравнением Михаэлиса-Ментен (2.5) описывает кинетику окисления органических веществ сточных вод, фенолов, синтетических поверхностно- активных вещетсв и денитрификацию, нитрификацию - уравнение (2.6) и окисления нефтепродуктов, химическое потребление кислорода – уравнение (2.7).
???? =
????
????????????
∙ ????
???? + ????
????
(2.5) где V– удельная скорость окисления, мг/(г×ч),
V
max
– максимальная скорость окисления, мг/(г×ч),
S – концентрация органических загрязнений, мг/л,
K
m
– константа Михаэлиса - Ментен, мг/л.
???? =
????
????????????
∙ ????
???? + ????
????
+
????
2
???? ∙ ????
????
(2.6)
Изм.
№ докум. Подп. Дата
66 где α – константа торможения. Далее следует рассчитать продолжительность пребывания сточной воды в аэробной зоне. При расчете необходимо учесть все нормируемые показатели, такие как окисление нефтепродуктов, фенолов
????
????
=
????
вх.????
− ????
вых.????
????
????
∙ (1 − ????)????
????
(2.7) где S
вх.j и S
вых.j
– концентрации го загрязнения вводе на входе и выходе, мг/л; a
i
– концентрация активного ила, гл
S – зольность, ед
V
j
– удельная скорость окисления го загрязнения, мг/(г×ч). Как показывает практика, целесообразно принять концентрацию активного ила в аэротенке 2-3 гл, в мембранном биореакторе 8 гл, зольность равную 0,16-
0,23 ед. Далее рассчитаем значение при субстратном торможении [29]:
???? =
????
????????????
∙ (???? − ????
????
)
(???? − ????
????
) + ????
????
+
(???? − ????
????
)
2
???? ∙ ????
????
(2.8) где S
i
– концентрация биорезистентных веществ, мг/л.
S – значение субстрата, принимаем равное 78 мг/л. Учитывая, чтоб азот убывает при процессах ассимиляции, продолжительность денитрификации и нитрификации определяется учетом материального баланса [30]:
????
нитр
=
????
орг.вх.
+ ????
амм.вх
− ????
амм.вых.
− избил ????
в.в.
????
????
(1 − ????) ∙ ????
нитр
(2.9)
Изм.
№ докум. Подп. Дата
67
????
????????нитр
=
????
общ.вх.
− ????
общ.вых
− избил ????
в.в.
????
????
(1 − ????) ∙ ????
денитр
(2.10) где N
орг.вх
. – масса органического азота вводе доочистки, мг/л (примем значение, равное 44% от общ.
);
N
амм.вх. и N
амм.вых.
– масса аммонийного азота вводе на входе и выходе мг/л;
N
общ.вх и N
общ.вых
– масса общего азота вводе на входе и выходе, мг/л; избил – масса азота, удаляемого вместе с избыточным илом, принимаемая равной 2,5 мг/л ;
N
в.в
– масса азота, удаляемого со взвешенными веществами, принимаем равной 0,8 мг/л;
V
нитр.
и V
денитр.
– скорости нитрификации и денитрификации, мг/(г×ч). Полученные результаты расчётов сведены в таблицу 2.15. Таблица 2.15 – Результаты расчета некоторых значений
S
вх
, мг/л
S
вых
, мг/л
V
max
, мг/(г*ч)
K
m
S
i
, мг/л
V, мг/(г*ч) t, час Окисление органических веществ по БПК
полн
140,00 140,00 1,9 6,2 1,86 24,62
ХПК
108,00 108,00 18,5 80 9,3 60 3,38 23,72 Нефтепродукты
15,80 0,79 2,5 0,5 18,9 0,4 0,27 5,23 Азот аммонийный нитрификация)
30,00 3,01 1,67 0,38 26,1 0,33 26,84 Нитраты
(денитрификация)
6,00 1,75 0,7 0,17 0,60 10,49 Нитриты
(денитрификация)
1,00 0,06 0,7 0,17 0,68 9,22 Фенолы
0,10 0,001 0,09 0,028 0,09 8,62 Определение дозы дополнительного субстрата. Рассчитаем биологическое потребление кислорода на входе в аэробную зону, учитывая при этом, что значение органических веществ в денитрификаторе уменьшается
Изм.
№ докум. Подп. Дата
68
????
аэр.вх.
= ????
вх
− ????
денитр
∙ ????
денитр
∙ ????
денитр
∙ ????
????
∙ (1 − ????)
= 140 − 5,02 ∙ 1,86 ∙ 24,62 ∙ 8 ∙ (1 − 0,2) = 97,78 мг/л где K
денитр
– стехиометрический коэффициент окисления веществ при денитрификации принимаем равный 5,02;
- концентрация азота, которая была восстановлена в аноксидной зоне, мг/л. Присутствие вводе органических веществ может существенно замедлить реакцию нитрификации (если в формуле будет получено отрицательное значение. В этом случае следует в аноксидную зону дозировать легкоокисляемый субстрат, например, этанол, уксусную кислоту или глицерин. Доза дополнительного субстрата определяется по формуле доп ∙ ????
денитр
∙ ????
общ.вх
− ????
вх
????
доп
=
1,2 ∙ 5,02 ∙ 36,06 − 140 1,82
= 38,59 г/м
3
где S
вх.
– полное биологическое потребление кислорода в поступившей воде, мг/л; доп удельное полное биологическое потребление кислорода субстрата, мг·О/мг;
1,2 – коэффициент запаса. Значения l доп принимаем следующие для этанола равно 1,82; метанола – 1,08; уксусной кислоты – 0,86; глицерина – 0,86. Рекомендуемым по многим показателям является метанол. Расчет рециркуляции иловой смеси. Важным расчетным параметром является степень рециркуляции иловой смеси между зонами нитрификации и денитрификации, влияющая на эффективность удаления соединений азота. Она рассчитывается по уравнению материального баланса
s
a
V
t
i
денитр
денитр
1
Изм.
№ докум. Подп. Дата
69
????
нитр−денитр
=
????
денитр
∙ ????
денитр
∙ ????
????
∙ (1 − ????)−????
нитрат.вх
????
нитрат.вых
=
10,49 ∙ 0,6 ∙ 8 ∙ (1 − 0,2) − 6 1,75
= 11,43 где N
нитрат.вх.
и N
нитрат.вых. концентрация нитратов азота на входе и выходе, мг/л Минимальное значение рецикла ила внешнего принимаем равное внеш.
Рецикл ила внутренний внутр ????
нитр−денитр
− внеш 11,43 − 10,8 = Всего потрачено циркуляционной иловой смеси
????
общ.расч.
=
????
нитр−денитр
∙ ????
ср.сут.
24
=
11,43 ∙ 33 696 24
= 16 047,72 м
3
/ч где
- средний суточный расход, равный 33 696 м
3
/сут. Всего потрачено циркуляционного ила
????
ил
=
????
ср.сут.
24 ∙ внеш 24 ∙ 10,8
= 130 м
3
/ч Расчет расхода, подаваемого в аэробную зону воздуха. Расчет воздуха, который подается в аэробную зону можно рассчитать последующей формуле
.сут
ср
Q
Изм.
№ докум. Подп. Дата
70
????
возд
=
????
????
(????
аэр.вх
− ????
вых
) + 4,57(????
орг.вх
+ ????
амм.вх
− ????
амм.вых
) + 2(????
вх
− ????
вых
)
????
1
∙ ????
2
∙ ????
????
∙ ????
3
∙ (????
????
−????
????
)
=
11,03 ∙ (140 − 2,81) + 4,57 ∙ (16,104 + 30 − 3,0) + 2(0 − 0)
2,3 ∙ 2,52 ∙ 0,9 ∙ 1,1 ∙ (9,02 − 2)
= 14,42 м
3
где q
0
- расход воздуха, мг/мг, принимаем равным 1,1;
S
аэр.вх.
- полное биологическое потребление кислорода при входе в аэробную зону, мг/л;
S
вых.
- полное биологическое потребление кислорода очищенной воды, мг/л;
N
амм.вых
- масса азота аммонийного в очищенной воде, мг/л;
4,57 - расход кислорода при окислении азота аммонийного до нитратов
С
вх и С
вых
- масса сульфидов в поступившей и воде, прошедшей очистку, мг/л;
2 – стехиометрический расход кислорода при окислении 1 мг сульфидов до сульфатов К - коэффициент, учитывающий тип аэратора К - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов
К
Т
- коэффициент, учитывающий температуру сточных вод К - коэффициент качества сточных вод
С
а
- растворимость кислорода воздуха вводе, мг/л;
C
o
- средняя концентрация растворенного кислорода в аэротенке, мг/л. Определение объёмов сооружений и площади мембран. Чтобы рассчитать объемы оборудования, необходимо использовать данные аноксидной и аэробной зон. Воспользуемся значением максимального суточного расхода, равного 33696*1,3=43804,8 м
3
/сут и расчетных параметров денитрификации и фенолов
????
анокс
= ????
????????????.сут.
∙
????
денитр
24
= 43804,8 ∙
9,22 24
= 9233,2 м
Изм.
№ докум. Подп. Дата
71 где t денитр
– продолжительность процесса денитрификации, час.
????
аэробн
= сут 43804,8 ∙
8,62 24
= 8632,2 м
3
где t aer
– аэробное время, час. общ ????
анокс
+ ????
аэробн
= 9233,2 + 8632,2 = 17865,5 мВ основе расчета используется минимум два расчетных значения проницаемости мембран при фильтрации i - для длительной работы без перерыва, ноне менее месяца i
max
- для пропуска максимального расхода не более 24 ч, а также для обратной промывки i пром
В качестве расчетных данных, опираясь на лучшие существующие погружные половолоконных мембран, принимаем, л/(м
2
ч i=20-25; i max
=25-30; пром =15-20. Рассчитаем время работы мембран в режиме фильтрации, ч/сут: фильтр 24 − ????
релакс
−????
пром
= 24 − 1,82 − 0,36 = 21,82 ч где Т
релакс и Т
пром
– время, затрачиваемое ежедневно на режимы простоя и обратной промывки, ч/сут.
????
релакс
=
24 ∙ ????
релакс
∙ ????
релакс
????
пром
+ пром ∙ 0,017 ∙ 5 1,105 + 0,017
= ч
????
пром
=
24∙????
пром
????
пром
+????
пром
=
24∙0,017 1,105+0,017
= ч пром (фильтр+ ????
релакс
) ∙ ????
релакс
+ фильтр (0,17 + 0,017) ∙ 5 + 0,17 = ч
Изм.
№ докум. Подп. Дата
72 где
- продолжительность непрерывного отбора пермеата, ч
- продолжительность простоя оборудования, ч
- продолжительность одной обратной промывки, ч
- интервал между обратными промывками, ч
- количество простоя между двумя обратными промывками. Данные значения были приняты исходя из практики эксплуатации мембранных биоректоров на предприятиях нефтепереработки. Важно учитывать, что количество параллельно работающих линий мембранных резервуаров, n, должно быть равно не менее четырех. Необходимо рассчитать площадь мембран (для суточного и часового сут 10 фильтр ????
=
43804 ∙ 10 3
21,82 ∙ 22
= м ∙ час 10 фильтр − 1
=
24 ∙ 1825 ∙ 10 3
21,82 ∙ 27
∙
8 8 − 1
= 46627,7м
2
где и
– максимальные суточный, м
3
/сут, и часовой, м
3
/ч, расходы i и i max
– удельная проницаемость мембран, л/(м
2
ч n – количество параллельно работающих линий. Значение рабочей площади мембран биоректора принимаем с запасом, равное F = 51000 м. Это связанно с возвратом воды в мембранные резервуары. Число параллельно работающих линий резервуаров принято равным 8. При этом важно учесть, чтобы их площади были приблизительно равны. Количество воды от обратной промывки равном сут пром пром ???? ∙ пром 10
−3
= 17 ∙ 51000 ∙ 0,36 ∙ 10
−3
= 312,12м
3
где i пром - удельная проницаемость для обратной промывки, л/(м
2 ч.
фильтр
t
релакс
t
пром
t
пром
i
релакс
n
сут
Q
max
час
Q
max
Изм.
№ докум. Подп. Дата
73 Рассчитаем среднесуточная удельная проницаемость мембран
????
ср.сут
=
(????
ср.сут
+ пром) ∙ 10 фильтр ????
=
(33 696 + 312,12) ∙ 10 3
21,82 ∙ 51000
= 16,89л/(м
2
∙ ч) Расход воздуха для аэрации мембран определяется по формуле в ???? ∙ ????
????????????????????????мемб
= 51000 ∙ 0,5 = 25500м
3
/ч где мембран - удельный расход воздуха на аэрацию мембран, равный 0,2 - 0,6 м
3
/(м
2
×ч). Фактическая удельная проницаемость мембран регулируется в зависимости от притока сточных вод за счет изменения производительности пермеатных насосов. Мембранные модули могут содержать от 10 до 20 кассет с мембранами. В каждой кассете располагается до 15 пучков мембранных волокон, которые, в свою очередь, состоят из 1000 микроволокон и оборудованы патрубком для отвода фильтрата. Небольшой размер пор характеризуется тщательным отделением активного ила от сточных вод. Мембраны предусматривают свободное место для дополнительных кассет, что в дальнейшем поможет увеличить производительность установки. Согласно работе СВ. Степанова Биологическая очистка и доочистка сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических сточных вод при использовании МБР в схеме очистки сточных вод НПЗ прирост биомассы активного ила по экспериментальным данным составляет 0,135 кг на кг БПКполн по сухому веществу биомассы. Таким образом, при номинальной гидравлической нагрузке комплекса биологической очистки Q = 33 696 м
3
/сутки с максимальной концентрацией
БПКполн = 0,140 кг/м
3
прирост активного ила составит
Изм.
№ докум. Подп. Дата
74
0,135 кг/кг∙33696м^3/сут∙0,140кг/м^3=636,9 кг/сут или 232,5 т/год по сухому веществу При дозе активного ила 6 г/литр, объем не обезвоженного осадка составит
105,7 м
3
/сутки или 38 595 м
3
/год с влажностью 99,5%. В таблице 2.16 приведены концентрации загрязняющих веществ после мембранного биореактора, а в таблице 2.17 его материальный баланс. Таблица 2.16 – Концентрации загрязняющих веществ после мембранного биореактора Наименование ЗВ Ед. изм. Концентрация на входе Концентрация на выходе
ДК
ов
Взвешенные вещества мг/дм
3 37,49 1,87 25,00 Нефтепродукты мг/дм
3 315,90 15,80 25,00 Аммонийный азот мг/дм
3 30,00 30,00 5,00 Нитраты мг/дм
3 6,00 6,00 40,00 Нитриты мг/дм
3 1,00 1,00 0,08 Фенолы мг/дм
3 0,10 0,10 0,001
ХПК мг·О
2
/дм
3 360,00 162,00 30,00
БПК мг·О
2
/дм
3 280,00 140,00 25,00 Таблица 2.17 – Материальный баланс мембранного биореактора Приход Наименование к/ч т/сут т/год Процент масс, %
1 2
3 4
5
Q12 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q13 Активный ил
1403994,1700 1403993,6700 0,0026 0,0222 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,2274 0,1966 4404,1700 33695,8600 33695,8500 0,0063·10
-2 0,0532·10
-2 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0055 0,0047 105,7000 12298988,9200 12298984,5300 0,0231 0,1943 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 1,9924 1,7219 38580,5000 100,0000 99,9998 0,1874·10
-6 1,5795·10
-6 0,0003·10
-2 0,0006·10
-3 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0016·10
-2 0,0014·10
-2 0,3137 Итого
1403994,1000 33695,8600 12298988,3000 100,000 Расход
Q17 Очищенная вода, в т.ч.
1399589,9600 33590,1600 12260408,0200 100,0000
Изм.
№ докум. Подп. Дата
75 Окончание таблицы 2.17 1
2 3
4 5 Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
БПК
Q14 Азот
Q16 Активный ил
1399589,9400 0,0768·10
-2 0,0011 0,0042 0,0025 0,0086·10
-2 0,0001·10
-2 0,0045 0,0019 0,0452 4404,1700 33590,1600 0,0018·10
-2 0,0027·10
-2 0,0101·10
-2 0,0059·10
-2 0,0002·10
-2 0,0003·10
-4 0,0109·10
-2 0,0047·10
-2 0,1085·10
-2 105,7000 12260407,8900 0,0067 0,0097 0,0368 0,0215 0,0750·10
-2 0,0012·10
-2 0,0398 0,0172 0,3959 38580,5000 99,9998 0,0055·10
-5 0,0079·10
-5 0,0003·10
-3 0,01752·10
-5 0,0061·10
-6 0,0001·10
-4 0,0325·10
-5 0,0140·10
-5 0,0323·10
-4 0,3147 Итого
1403994,1000 33695,8800 12298988,3000 100,0000 Как видно из таблицы 2.17, эффективность очистки мембранного биореактора по взвешенным веществам составила 70,8%, по нефтепродуктам 95%, по аммонийному азоту 90%, по нитратам 70,9%, по нитритам 93,9%, по фенолу
99%, ХПК 98%, БПК 99%.
2.5 Материальный баланс ресурсо- и природосберегающей технологии Выполним расчет материального баланса для разработанной системы защиты гидросферы. Графическая схема потоков представлена на рисунке 2.18. Рисунок 2.18 – Схема материальных потоков в системе защиты гидросферы
Изм.
№ докум. Подп. Дата
76 На рисунке 2.18 обозначены следующие потоки
Q1 – сточные воды на очистку
Q2 – шлам с решеток
Q3 – очищенные сточные воды от крупной и волокнистых материалов
Q4 – шлам (уловленный песок
Q5 – сточные воды, очищенные от песка
Q6 – шлам (осадок
Q7 – шлам нефтесодержащий;
Q8 – сточные воды, прошедшие очистку в нефтеловушке;
Q9 – коагулянт
Q10 – осадок
Q11 – нефтесодержащая пена
Q12 – сточные воды, прошедшие физико-химическую очистку
Q13 – активный ил
Q14 – азот
Q15 – активный ил на утилизацию
Q17 сточные воды после биологической очистки. Общий материальный баланс разработанной схемы очистки сточных вод
НПЗ представлен в таблице 2.19. Таблица 2.19 – Общий материальный баланс разработанной схемы очистки сточных вод НПЗ Приход Наименование к/ч т/сут т/год Процент масс, %
1 2
3 4
5
Q1 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенолы
ХПК
1404000,0000 1403994,5400 0,4914 3,5100 0,0421 0,0084 0,0014 0,0001 0,8424 33696,0000 33695,8700 0,0118 0,0842 0,0010 0,0002 0,0034·10
-2 0,0003·10
-2 0,0202 12299040,0000 12298992,1900 4,3047 30,7476 0,3690 0,0738 0,0123 0,0012 7,3794 100,0000 99,9996 0,0035·10
-2 0,0250·10
-2 0,0003·10
-2 0,0001·10
-2 0,0001·10
-3 0,0001·10
-4 0,0060·10
-2
Изм.
№ докум. Подп. Дата
77 Окончание таблицы 2.19 1
2 3
4 5
БПК
Q9 Коагулянт
Q13 Активный ил
0,5616 0,0702 4404,1700 0,0135 0,0017 105,7000 4,9196 0,6150 0,3959 0,0040·10
-2 0,0005·10
-2 0,3137 Итого
1408404,2400 33801,7000 12337621,1100 100,0000 Расход
Q17 Сточные воды, в т.ч. Вода Взвешенные вещества Нефтепродукты Аммонийный азот Нитраты Нитриты Фенол
Q2 Шлам с решеток
Q4 Шлам (улов.песок)
Q6 Шлам (осадок)
Q7 Шлам нефтесодерж.
Q10 Осадок
Q11 Нефтесодерж. пена
Q14 Азот
Q15 Активный ил на утилизацию
1399589,9600 1399589,9400 0,0768·10
-2 0,1109·10
-2 0,4212·10
-2 0,2451·10
-2 0,0086·10
-2 0,0001·10
-2 0,2906 1,4280 0,2395 3,0270 0,0950 0,8216 0,0452 4404,1700 33590,1600 33590,1600 0,0018·10
-2 0,0027·10
-2 0,0101·10
-2 0,0059·10
-2 0,0002·10
-2 0,0003·10
-4 0,0070 0,0343 0,0057 0,0726 0,0023 0,0197 0,0011 105,7000 12260408,0200 12260407,8900 0,0067 0,0097 0,0368 0,0215 0,0750·10
-2 0,0012·10
-2 2,5459 12,5091 2,0977 26,5169 0,8322 7,1975 0,3959 38580,5000 100,0000 99,9998 0,0549·10
-6 0,0792·10
-6 0,0003·10
-4 0,1752·10
-6 0,0061·10
-6 0,0001·10
-6 0,0021·10
-2 0,0102·10
-2 0,0017·10
-2 0,0216·10
-2 0,0007·10
-2 0,0059·10
-2 0,3229·10
-5 0,3147 Итого
1408404,2400 33801,7000 12337621,1100 100,0000 Таким образом, общая эффективность очистки сточных вод очистными сооружениями составила по взвешенным веществам – 99,84%, нефтепродуктам
– 99,97%, аммонийному азоту – 89,97%, нитратам – 70,8%, нитритам – 93,88%, фенолам – 99%, ХПК – 99,82%, БПК – 99,30%.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
78 Выводы Оценено воздействие нефтеперерабатывающего предприятия (НПЗ) на окружающую среду. Дана характеристика НПЗ 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. Показано, что из-за неприменения 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. Разработана технология очистки сточных вод НПЗ, предусматривающая механическую, физико-химическую и биологическую очистку, в т.ч. применение мембранного биореактора. Выявлено, что при применении разработанной схемы очистки удаляется до
99% содержащихся в сточной воде загрязняющих веществ, таких как органические вещества, нефтепродукты, соединения азота, фенол и т.д.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
79 Список использованных источников
1.
PROНПЗ: нефтепереработка Электронный ресурс.
URL: https://pronpz.ru/neftepererabatyvayushchie-zavody/ufaneftehim.html#i-14. дата обращения 17.11.2022).
2.
СП 131.13330.2020 Строительная климатология.
3.
Бактыбаева З.Б. Оценка воздействия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности на эколого-гигиеническое состояние объектов окружающей среды и здоровье населения (обзор литературы. / Бактыбаева З.Б.,
Сулейманова Р.А., Валеев Т.К., Рахматуллин Н.Р. // Медицина труда и экология человека. – 2018. - №4 – с. 12-26.
4.
ИТС 30-2021. Информационно технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Переработка нефти.
5. Технология переработки нефти. В х частях. Часть вторая. Физико- химические процессы / Капустин В.М., Гуреев А.А. – М Химия, 2015 – 400 с.
6.
Хисамеева, Л.Р. Совершенствование технологии очистки сточных вод
Л.Р. Хисамеева// Инженерные системы и экология в строительстве матер.перв.засед.. – Казань, 2017. – с.
7. Анализ химико-технологических водных систем нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий / Ю. Р. Абдрахимов, ГМ. Шарафутдинова, Р. И. Хангильдин, АР. Хангильдина // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. – 2011. – № 6. – С. 222-253.
8. Экология переработки углеводородных систем Учебник / Под. ред. д- ра хим. наук, проф. МЮ. Доломатова, д-ра техн. наук, проф. Э. Г. Теляшева. – М Химия, 2002. – 608 стр.
9. Государственный доклад "О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2021 году. - М Минприроды России, 2022.
10. Экологический отчет ПАО Газпром за 2021 г.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
80
11. Технология переработки нефти. В х частях. Часть вторая. Физико- химические процессы / Капустин В.М., Гуреев А.А. – М Химия, 2015 – 400 с.
12.
Таранова, Л. В. Оборудование подготовки и переработки нефти и газа
: учебное пособие / Л. В. Таранова, А. Г. Мозырев. — Тюмень : ТюмГНГУ, 2014.
— 236 c.
13. Роев ГА. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды-М.: Недра, 1993.
14.
Пономарев В.Г., Иоакимис Э.Г, Монгайт ИЛ. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. М Химия, 1985. 256 с.
15.
ВУТП - 97. Ведомственные указания по технологическому проектированию производственного водоснабжения, канализации и очистки сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей промышленности. М Министерство топлива и энергетики РФ, 1997. 72 с.
16.
Ксенофонтов Б.С. Очистка воды и почвы флотацией. М Новые технологии, 2004. 224 с.
17. Орлов, В. А. Инженерно-технологическая реконструкция сооружений водоснабжения и водоотведения : учебное пособие / В. А. Орлов, Е. С. Гогина, НА. Макиша. — Москва : МИСИ – МГСУ, 2022. — ISBN 978-5-7264-3026-3. — Текст
: электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/262319 (дата обращения 24.03.2023). — Режим доступа для авториз. пользователей. — С. 58.).
18.
МБР: Станция биологической очистки сточных вод на базе мембранного биореактора Электронный ресурс.
-
URL: https://sta.ecolos.ru/products/bio-ochistka-xoz-byt/membran-bioreaktory/ дата обращения 19.12.2022).
19. Степанов, СВ. Модульные мембранные биореакторы СВ. Степанов, А. Степанов, Ю.Е. Сташок, Блинкова Л.А. // Водоснабжение и санитарная техника. –2013. – № 8. – С. 51-55.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
81
20. Промышленная подготовка и очистка сточных вод Технология мембранных биореакторов (МБР) Электронный ресурс. - URL: https://me- system.ru/tehnologii/mbr/ (дата обращения 19.12.2022).
21. Установка для биологической очистки сточных вод пат. 141351 Электронный ресурс – URL: http://fips.ru (дата обращения 20.12.2022).
22. Способ очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод пат. 2547734 Электронный ресурс – URL: http://fips.ru (дата обращения
20.12.2022).
23. Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ и устройство для его осуществления пат. 2693779 Электронный ресурс – URL: http://fips.ru
(дата обращения 20.12.2022).
24. Способ очистки сточных вод от фенольных соединений пат. 2476385 Электронный ресурс – URL: http://fips.ru
(дата обращения 20.12.2022).
25. Гудков А.Г. Механическая очистка сточных вод Учебное пособие. - Вологда ВоГТУ, 2003. - 152 с.
26.
Водоотводящие системы промышленных предприятий методические указания для выполнения курсовых и дипломных проектов / М-во образования и науки Рос. Федерации, Волгогр. гос. архит.- строит. унт ; сост. Э. П. Доскина, А. В. Москвичева. — Волгоград ВолгГАСУ, 2014 – 54 с.
27. Технологический расчет аэротенков и мембранных биореакторов : учебное пособие / СВ. Степанов. - Москва : АСВ, 2020. - 223 с.
28. Степанов, СВ. Особенности расчета сооружений биологической очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов / В.Н. Швецов,
К.М.Морозова, СВ. Степанов. – М Водоснабжение и санитарная техника, 2014. -
№3. с. 45-51.
29. Опыт проектирования очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов / СВ. Степанов, А. К. Стрелков, Ю. Е. Сташок, и др. // Водоснабжение и санитарная техника. – 2013.– № 8. – С. 34- 43.
Изм.
№ докум. Подп. Дата
82
30. Беляков, А. В. Исследование процессов нитри-денитрификации в одноступенчатой схеме биологической очистки сточных вод / СВ. Степанов, А. В. Беляков, Л. А. Блинкова // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре материалы й всерос. Науч.-техн. конф. ч – Самара СГАСУ, 2013. – С. 199-202.
31. Постановление Правительства РФ от 03.03.2017 N 255 Об исчислении и взимании платы за негативное воздействие на окружающую среду
32. Постановление Правительства РФ от 13.09.2016 N 913 О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах.
33. Постановление Правительства РФ от 20.03.2023 N 437 О применении в 2023 году ставок платы за негативное воздействие на окружающую среду.
34. Руководство по проектированию и расчету флотационных установок для очистки сточных вод Текст / ВНИИ водоснабжения, канализации, гидротехн. сооружений и инж. гидрогеологии. - Москва : Стройиздат, 1978. - 33 с.
35.
Трухина, МГ. Мембранные биореакторы: опыт применения в зарубежных странах / МГ. Трухина, Н. Д. Пельменёва, МЮ. Толстой // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. — 2022. — № 2. — С. 224-231.
36. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.
Приложение А Таблица А – Расчетплаты предприятия за негативное воздействие на гидросферу
№ Наименование
ЗВ Установленные сбросы (тонн) Фактический сброс тонн) В том числе Ставка платы
(руб/то нна) Коэффициент к ставке платы за сброс
К
п Кот Кво
Кин д Сумма платы заруб Сумма платы всего (руб) НДС,
ТН
ВРС НДС,
ТН в пределах ВРС сверх
ВРС, НДС,
ТН Кн д
К
вр
К
ср
/
К
пр НДС, ТН
ВРС сверх НДС,
ВРС,
ТН
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 лор
0,0136 5
0,0137 0,0137 0,0136 5
0,00005
-
7355340 3
1 25 100 1
1 1
1,26 1084324,2 67 99297,09 41
-
1183621,361 2 Азот аммониевые соединения Алюминий
АСПАВ
5,789 5,879 5,873 5,789 0,084
-
1192,3 1
25 100 1
1 1
1,26 7454,4026 76 2704,136 4
-
10158,53908 5
БПК
34,54 34,754 34,758 34,54 0,214 0,004 243 1
25 100 1
1 1
1,26 9064,6776 1404,054 104,97 6
10573,7076 6 Ванадий
0,655 0,766 0,765 0,655 0,11
-
735534,
3 1
25 100 1
1 1
1,26 520316,96 38 2184536,
87
-
2704853,835 7 Взвешенные вещества 8 Железо
0,225 0,3 0,226 0,225 0,001
-
5950,8 1
25 100 1
1 1
1,26 1446,0444 160,6716
-
1606,716 9 Кобальт
0,0066 0,0069 0,0068 0,0066 0,0002
-
73553,2 1
25 100 1
1 1
1,26 524,28720 96 397,1872 8
-
921,4744896
№ Наименование
ЗВ Установленные сбросы (тонн) Фактический сброс тонн) В том числе Ставка платы
(руб/то нна) Коэффициент к ставке платы за сброс
К
п Кот Кво
Кин д Сумма платы заруб Сумма платы всего (руб) НДС,
ТН
ВРС НДС,
ТН в пределах ВРС сверх
ВРС, НДС,
ТН Кн д
К
вр
К
ср
/
К
пр НДС, ТН
ВРС сверх НДС,
ВРС,
ТН
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 лор
0,0136 5
0,0137 0,0137 0,0136 5
0,00005
-
7355340 3
1 25 100 1
1 1
1,26 1084324,2 67 99297,09 41
-
1183621,361 2 Азот аммониевые соединения Алюминий
АСПАВ
5,789 5,879 5,873 5,789 0,084
-
1192,3 1
25 100 1
1 1
1,26 7454,4026 76 2704,136 4
-
10158,53908 5
БПК
34,54 34,754 34,758 34,54 0,214 0,004 243 1
25 100 1
1 1
1,26 9064,6776 1404,054 104,97 6
10573,7076 6 Ванадий
0,655 0,766 0,765 0,655 0,11
-
735534,
3 1
25 100 1
1 1
1,26 520316,96 38 2184536,
87
-
2704853,835 7 Взвешенные вещества 8 Железо
0,225 0,3 0,226 0,225 0,001
-
5950,8 1
25 100 1
1 1
1,26 1446,0444 160,6716
-
1606,716 9 Кобальт
0,0066 0,0069 0,0068 0,0066 0,0002
-
73553,2 1
25 100 1
1 1
1,26 524,28720 96 397,1872 8
-
921,4744896
1 0 Марганец Медь
0,055
-
0,054 0,055
-
-
735534,
3 1
25 100 1
1 1
1,26 43690,737 42
-
-
43690,73742 1
2 Нефтепродукты Никель
0,055 0,006 0,0589 0,055 0,0039
-
73553,2 1
25 100 1
1 1
1,26 4369,0600 8
7745,151 96
-
12114,21204 1
4 Нитрат- анион
1221,3 4
1224,5 4
1224,85 1221,3 4
3,2 0,31 14,9 1
25 100 1
1 1
1,26 19653,803 28 1287,36 498,85 2
21440,01528 1
5 Нитрит- анион
4,235 4,66 4,658 4,235 0,423
-
7439 1
25 100 1
1 1
1,26 34024,498 2
84960,81 9
-
118985,3172 1
6
НСПАВ
2,1 2,65 2,754 2,1 0,55 0,104 1192,3 1
25 100 1
1 1
1,26 2704,1364 17705,65 5
13391,
91 33801,705 1
7 Сероводород
Сульфат
-ион
3630,2 34 3634,2 45 3634,387 3630,2 34 4,011 0,142 313,2 1
25 100 1
1 1
1,26 1227948,4 32 33918,62 04 4803,2 35 1266670,288 1
9 Фенол
0,075 0,0765 0,076 0,075 0,0015
-
735534,
3 1
25 100 1
1 1
1,26 59578,278 3
29789,13 92
-
89367,41745 2
0 Фосфаты
ХПК
655,2 663,34 660,567 655,2 5,367
-
-
1 25 100 1
1 1
1,26
-
-
-
0 2
2 Хром
0,0064 0,0069 0,0068 0,0064 0,0004
-
29751,8 1
25 100 1
1 1
1,26 205,64444 16 321,3194 4
-
526,9638816 2
3 Цинк
0,089 0,0895 0,0891 0,089 0,0001
-
73553,2 1
25 100 1
1 1
1,26 7069,9335 84 198,5936 4
-
7268,527224 3189813,2 48 2504837,
23 19800,
73 5714451,201