Cущность и аппаратурное оформление стадий биохимической и физико-химической очистки сточных вод НПЗ

1.

Cущность и аппаратурное оформление стадий биохимической
и физико-химической очистки сточных вод НПЗ

2.

• Как известно, во всех технологических процессах
нефтепереработки образуются сточные воды
разного состава.
• Кроме того, сточные воды возникают на
отдельных установках нефтехимических
производств, на насосных станциях, в
резервуарных парках, на нефтеналивных
установках, их пополняют ливневые стоки с
территории и стоки от мытья производственных
площадок.
• В результате в сточных водах
нефтеперерабатывающих заводов содержится
нефть, различные углеводороды, спирты,
фенолы, альдегиды и кетоны, кислоты, эфиры,
азот- и серосодержащие соединения,
поверхностно-активные вещества, различные
минеральные соли, щелочи, кислоты, тяжелые
металлы, окислы и гидроокиси металлов,
частицы глины, песка и др.

3. На нефтеперерабатывающих заводах применяется схема, включающая три стадии очистки:

1) механическую очистку от грубо-диспергированных твердых и жидких
примесей;
2) физико-химическое удаление коллоидных частиц и очистку сернистощелочных вод и вод ЭЛОУ;
3) биологическую очистку от растворенных веществ. Биологически
очищенные стоки доочищаются физико-химическими методами.

4.

Механическая очистка стоков
Предварительный этап очистки сточных вод нефтеперерабатывающих
заводов — механическая очистка. На этом этапе из стоков отделяются
крупные примеси и взвеси, а также некоторая часть содержащихся
нефтепродуктов.
Оборудование для первичной механической очистки сточных вод НПЗ:
• отстойники,
• песколовки,
• нефтеловушки,
• механические фильтры,
• центрифуги,
• гидроциклоны.

5.

Песколовки
• Песколовки — устройства для улавливания из стоков взвешенных веществ
минеральной природы и крупных частиц нефти.
Песколовки выполняют две функции — собирают пленку всплывающей
нефти и улавливают минеральный осадок.
Эффективность очистки нефтепродуктов в песколовках — 75%, удаление
минеральных взвесей — до 25%.

6.

Нефтеловушки
Нефтеловушки предназначаются для более глубокой очистки сточной воды нефтеперерабатывающего завода от
нефтепродуктов и мелкодисперсных взвесей.
Перспективна конструкция тонкослойных нефтеловушек, в которых процессы осаждения и отстаивания происходят
в отдельных зонах, разделенных наклонными перегородками. Тонкослойные отстойники оптимальны для очистки
так называемых «светлых» стоков НПЗ, не содержащих высоковязких нефтяных фракций (гудрона, битума).
Стоит отметить, что тонкослойные сооружения для очистки стоков занимают в несколько раз меньшие объемы.
Однако у них повышенные требования к отведению уловленных нефтепродуктов, поскольку удалённые из воды
загрязнения быстро накапливаются.
Применение тонкослойных нефтеловушек за счет их высокой эффективности дает возможность отказаться от
дополнительных механических способов очистки сточных вод для нефтеперерабатывающих предприятий.
Современные методы очистки позволяют совмещать песколовки и нефтеловушки в одном сооружении.
Эффективность очистки стоков нефтеловушками характеризует остаточная концентрация нефтепродуктов,
составляющая 100-150 мг/л, и остаточная концентрация взвешенных веществ —85-90 мг/л. Степень улавливания
нефтепродуктов — 90-95%, взвешенных веществ — 50-70%.

7.

Гидроциклоны
• Гидроциклоны — механические устройства для
очистки сточных вод НПЗ от нефтепродуктов и
взвешенных минеральных частиц.
• Назначение гидроциклонов аналогично
назначению песколовок и нефтеловушек.
Отделение примесей происходит под
воздействием центробежных сил внутри корпуса
цилиндрического аппарата с конусообразной
нижней частью. Преимущества циклонов —
увеличение скорости отделения примесей,
небольшой объем устройств по сравнению с
размерами отстойников.
Эффективность очистки сточных вод
нефтеперерабатывающих заводов от
нефтепродуктов и взвесей в гидроциклоне не
превышает 30-40%. Однако при сочетании
гидроциклона с химической реагентной
очисткой эффективность возрастает в
несколько раз.
Преимущества гидроциклонов:
•компактные размеры;
•высокая производительность по воде;
•несложная конструкция, простота в обслуживании;
•энергонезависимость;
•относительно невысокая цена;
•нет необходимости в расходных материалах,
фильтрах и сорбентах (для большинства моделей);
•техническое обслуживание не представляет
сложностей и не требует высокой квалификации
персонала.

8.

Физико-химическая очистка
Физико-химические методы наиболее эффективны для очистки сточных вод
НПЗ с высоким содержанием примесей в растворенной или коллоидной
форме.
Физико-химические
методы
для
очистки
стоков
с
эмульгированными нефтепродуктами включают в себя методы: коагуляции,
флокуляции, электрокоагуляции и электрофлотации, жидкофазного
окисления, коалесценции, электромагнитной сепарации и другие.
Наиболее часто в практике нефтехимических производств используются физикохимические методы:
•коагуляция,
•флотация,
•флокуляция.

9.

Коагуляция
Процесс коагуляции используют для увеличения скорости осаждения взвешенных
примесей и эмульгированных веществ. В процессе коагуляции под воздействием реагента
- коагулянта мелкодисперсные частицы укрупняются и агрегируются. Эффективность
удаления примесей коагуляцией максимальна для частиц размерами 1-100 мкм.
При добавлении коагулянта в сточной воде происходит интенсивное хлопьеобразование.
Осаждение хлопьев происходит механически, под действием силы тяжести.
Образование хлопьев запускает сопутствующие процессы агрегирования и улавливания
коллоидных веществ. Взаимное притяжение между хлопьями коагулянта и примесными
частицами объясняется силами электростатического взаимодействия. Процесс коагуляции
нейтрализует отрицательный заряд коллоидных частиц, вследствие чего они теряют
стабильность.
Самый распространенный коагулянт — сульфат алюминия с химической
формулой Al₂(SO₄)₃. Широко зарекомендовал себя на практике еще один коагулянт —
оксихлорид алюминия (ОХА) с общей формулой

10.

Недостатки реагентной очистки минеральными
коагулянтами сточных вод НПЗ:
• Необходимость добавлять относительно большие
дозы коагулянта.
• В очищенной воде возрастает концентрация
сульфат- и хлорид-ионов, что приводит к
нежелательным эффектам коррозии сетей
водоотведения.
• В результате химических реакций образуется
осадок, который трудно обезвоживается и
требует дальнейшей утилизации.
• Недостатки
минеральных
коагулянтов
в
значительной
мере
устраняют
высокомолекулярными
флокулянтами
органической или неорганической природы.

11.

Коагулятор

12.

Флокуляция
Процесс флокуляции представляет собой агрегацию взвешенных примесей, как в результате
«слипания», так и под воздействием частиц реагента - флокулянта. Флокулянт вызывает
интенсивное образование и последующее осаждение хлопьев гидроксидов алюминия.
Добавление флокулянта позволяет снизить дозу основного коагулянта, увеличить скорость и
уменьшить продолжительность процесса осаждения хлопьев.
В практике очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов используют флокулянты как
природные, так и синтетические:
Органические флокулянты
крахмал, целлюлоза,
декстрин, эфиры.
неорганические флокулянты
наиболее распространен
диоксид кремния с химической
формулой xSiO₂ yH₂O.
.
Синтетические флокулянты
полимерные вещества, такие как
полиакриламид с химической
формулой [-CH₂-CH-CONH₂]n ,
технический полиакриламид и
гидролизованный (ГППА).
.
При выборе конкретной марки флокулянта необходимо учесть его макромолекулярные свойства и природу
растворенных в воде примесей.

13.

Флотация
Установки напорной флотации могут служить эффективным способом очистки сточных вод заводов по
нефтепереработке от растворенных и эмульгированных нефтепродуктов.
В линию неполной рециркуляции потока направляют воздух, который растворяется в воде под
избыточным давлением. При падении давления в воде образуются мелкие пузырьки воздуха, которые
поднимаются к поверхности, увлекая с собой частицы растворенных примесей. На поверхности камеры
пена вместе с загрязняющими веществами образуют слой флотошлама. Удаление флотошлама с
поверхности осуществляется специальным скребком.
В процессе флотации тяжелые частицы загрязняющих веществ оседают на дно бункера и легко оттуда
удаляются. Осветленные сточные воды после флотации поступают на следующие этапы очистки.

14.

Эффективность метода флотации максимальна при очистке сточных
вод нефтеперегонных заводов от гидрофобных загрязнителей:
• нефти,
• масел,
• жиров,
• синтетических моющих средств.
Лабораторные исследования доказали эффективность флотации для
очистки нефтесодержащих стоков НПЗ. При анализе метода флотации с
коагулянтом сернокислым алюминием выявлено, что конечное
содержание нефтепродуктов в очищенной воде составляет 15-25 мг/л.
Если в качестве реагента применялись полиэлектролиты, то
концентрация нефтепродуктов снижалась до 10-15 мг/л.

15.

Электрохимические методы
• Электрохимические методы способны составить серьезную конкуренцию химическим и
физико-химическим методам очистки стоков НПЗ при соблюдении требуемых условий.
Преимущества данного метода:
• В процессе очистки образуется меньше осадков, требующих дальнейшей утилизации.
• Минеральный состав сточных вод не изменяется.
• Простая технологическая схема процесса.
• Нет необходимости в реагентном хозяйстве.
• Производственные установки могут работать в полностью автоматическом режиме.
• Не требуется значительных площадей для размещения очистного оборудования.
Недостатки электрохимических методов очистки:
• Капитальные и эксплуатационные затраты на оборудование.
• Отложение солей на поверхности электродов.
• В электрохимических процессах выделяются газы, способные образовывать взрывоопасные
смеси с воздухом, что требует устройства противопожарной вентиляции.

16.

Биологическая очистка
• Биологическая очистка сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, обычно
осуществляется в аэробных реакторах (аэротенках). В них созданы условия для
принудительной аэрации сточной воды, чтобы процесс биологического окисления
шел наиболее интенсивно. Комплекс биологической очистки вместе с аэротенком
включает в себя вторичный отстойник, где вода избавляется от активного ила и
осветляется.
Аэротенки
Канализационные сточные воды поступают на одноступенчатую очистку в аэротенки, где идут
процессы бактериального окисления примесей. При необходимости аэротенки оборудуют
биогенной подпиткой, для улучшения питания микроорганизмов.
Количество биогенной подпитки рассчитывают из соотношения БПКполн:азот:фосфор = 100:5:1

17.

18.

Конструкции аэротенков, используемые в практике очистки нефтесодержащих сточных
вод:
аэротенки-вытеснители
(классический тип)
аэротенки-смесители
аэротенки с
рассредоточенным пуском
очищаемых сточных вод.
Аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным впуском сточных вод более совершенны по
конструкции. Впуск новой порции сточной воды происходит таким образом, чтобы сразу смешиваться со
всем объемом жидкости и активного ила. Растворенный кислород распределяется равномерно, и
очистка от органики активным илом идет более интенсивно. Такой режим работы аэротенков позволяет
очищать сильно загрязненные сточные воды.
Основные недостатки каждого типа аэротенков:
• Основной недостаток аэротенков-вытеснителей стандартной конструкции — невозможность
полностью использовать рабочий объем резервуара. Очистка стоков в такой воде может идти
неравномерно, а показатели качества очищенной воды сильно колебаться по времени.
• Распространенный тип коридорного аэротенка с фильтрующими каналами сложен в обслуживании,
занимает много производственной площади, а возведение сооружения требует значительных
финансовых и временных затрат. Аротенки такого типа чувствительны к перегрузкам в виде залповых
сбросов, поэтому их трудно использовать для очистки производственных сточных вод.
• Минус аэротенков-смесителей — вероятность проскока загрязнений в очищенную воду.

19.

Мембранные биореакторы
Современные очистные устройства, совмещающие в себе биологическую очистку
активным илом с мембранным фильтрованием. Биологическая очистка может вестись в
аэробных и анаэробных условиях.
Мембрана используется для разделения активного ила и очищенной воды после
биологической очистки.
Использование мембранных процессов для разделения воды и активного ила дает массу
преимуществ: развитие и адаптация активного ила на субстрате идут более полно;
использование ила на практике упрощается, так как вспухающий ил не мешает протеканию
процесса биологической очистки; седиментационные свойства активного ила также не
сказываются на протекании процесса.
Другие преимущества технологии мембранной биологической очистки:
• Небольшая занимаемая производственная площадь очистной системы.
• Отсутствие вторичных отстойников и фильтров для доочистки.
• Мембранное разделение воды и активного ила полностью исключает вынос взвешенных
веществ в очищенную воду.
• Сокращение капитальных и текущих затрат на обслуживание очистного комплекса.
• Повышение эффективности биологической очистки нефтесодержащих сточных вод
нефтеперерабатывающих производств.

20.

Мембранный биореактор