0 Заявка на заказ комплектующих Подобрать оборудование

Очистка стоков

Нефтесодержащие сточные воды, сточные воды нефтеперерабатывающих заводов. 

Одна из ведущих отраслей народного хозяйства современной России, это несомненно добыча и переработка нефти.

Сырая нефть, а также многочисленные продукты её переработки, широко используются в народном хозяйстве в качестве топлива, смазок, исходного сырья для нефтехимической промышленности и т.д. При этом на различных этапах как добычи, так и переработки, нефть и нефтепродукты могут в значительных количествах попадать в промышленные и хозяйственно-бытовые стоки, в результате проливов и несовершенства технологического процесса попадать в поверхностные (талые и дождевые) воды с территорий месторождений, пунктов подготовки и перекачки сырой нефти, нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз и т.п.

Попадая со сточными водами нефтепродукты нарушают ход естественных биохимических процессов, вызывая гибель флоры и фауны озёр, рек, морей. Попадая в почвы, снижают её плодородие. Учитывая опасность сточных вод для окружающей среды, нормы ПДК для сброса в водоёмы рыбо-хозяйственного назначения весьма строгие и нормируются величиной 0,05 мг/л.

Виды и состав сточных вод.

Учитывая большое количество этапов, проходящих от нефтедобычи до получения конечных продуктов, сточные воды отличаются довольно большим разнообразием, имеющем тем не менее и общие черты.

1.      Пластовые воды – воды, находящиеся в нефтяном пласте и нефтяная вода. Данная вода обычный спутник нефтяных месторождений. В месторождении она залегает в тех же пластах, что и нефтяная залежь, а также в собственно водоносных пластах (горизонтах). В процессе разработки вода может внедряться в нефтяную, продвигаясь по нефтегазоносному пласту, или поступать в скважины из других водоносных горизонтов.

Подобная вода после отстоя в резервуарах сырой нефти, сбрасывается из нижней части резервуара и содержит весьма существенные количества сырой нефти и взвешенных веществ. Объёмы данной воды, попутно поднимаемой на поверхность вместе с нефтью, довольно значительны и в зависимости от месторождения достигают объёмом в сотни и тысячи метров кубических в час.

Состав воды, также колеблется в широких пределах, после отстоя в резервуарах сырой нефти, содержание собственно нефти достигает от 50-100 мг/л до 10-20 г/л по нефтепродуктам, по взвесям различного характера от 10 до 500 мг/л и более. Даная вода, как правило, не содержит специфических загрязнителей нефтепереработки (фенолы и т.п.). Понятно, что учитывая объёмы и состав, сбрасывать подобную воду или использовать её в производственном процессе без дополнительной очистки невозможно.

2.      Сточные воды нефтепереработки образуются в результате производственных процессов переработки и на каждом из таких этапов образуются сточные воды со своим специфическим составом и подчас наличием специфических компонентов (которые, в частности, определяются химическим составом исходной сырой нефти). Перечислим наиболее частые стоки нефтепереработки:

a.       Вода после обессоливания нефти, в том числе с электрообессоливающих установок (ЭЛОУ).

b.      Конденсаты атмосферной и вакуумной перегонки.

c.       «Кислые» конденсаты каталитического крекинга и гидрокрекинга.

d.      Стоки пиролиза.

e.       Сернисто-щелочные сточные воды высокой концентрации, возникающие в результате переработка сернистой нефти и очистки нефтепродуктов щелочами. 

Сточные воды нефтепереработки кроме собственно нефти и нефтепродуктов, содержат целый ряд специфических компонентов, например, фенолы, нафтеновые кислоты, сульфиды и сероводород, меркаптаны, органические кислоты и альдегиды, аммоний-ионы. Сточные воды после обессоливания характеризуются высоким солесодержанием, в частности содержанием хлоридов до 15 г/л и соответственно обладают высокой коррозионной активностью.

3.      Отстойные (подтоварные) – из продуктовых резервуаров хранения, образуются при отстаивании обводнённых нефтепродуктов. Объём зависит от степени обводнённости нефтепродуктов и может достигать 5-6% от объёма собственно нефтепродуктов.

4.      Балластные воды, представляют собой закачиваемую в танки судна забортную морскую или речную воду, необходимую для сохранения мореходных качеств судна. Содержание нефтепродуктов в балластных водах достигает 5000 мг/л.

5.      Обмывочные – после мытья бочек, закрытых производственных площадок, сливо-наливных эстакад. Содержание нефтепродуктов в обмывочных водах колеблется в широких пределах и может достигать значений 1000 мг/л, взвешенных веществ до 600 мг/л. В сточных водах от пропарки бочек содержание нефтепродуктов может достигать 12000 мг/л, взвешенных веществ — 50 мг/л. Весьма загрязненными являются воды, образующиеся при зачистке и мойке танков наливного судна, которые производятся в случае приема более качественного продукта, чем перевозимый прежде, а также при периодической зачистке танков от осадков (ржавчины, других твердых остатков). Эти воды представляют собой очень стойкую эмульсию с содержанием нефтепродуктов 70 000—120 000 мг/л, соды до 100000 мг/л и поверхностно-активных веществ.

6.      Поверхностные сточные воды предприятий нефтепереработки и добычи нефти, образующиеся в процессе таяния снега и выпадения атмосферных осадков. Загрязнение дождевых вод, поступающих с открытых производственных площадок, аналогично загрязнению обмывочных вод: нефтепродуктов до 1000 мг/л, взвешенных веществ до 600 мг/л. В дождевых водах с обвалованных участков резервуарного парка содержится нефтепродуктов до 20 мг/л, взвешенных веществ до 300 мг/л. Объёмы данных стоков рассчитываются с использованием соответствующих методик.

Здесь мы указали основные виды сточных вод, образующихся в процессах добычи, транспортировки и нефтепереработки сырой нефти. Однако большое количество нефтесодержащих стоков может образовываться на предприятиях, напрямую не связанных с добычей и переработкой нефти. Состав подобных стоков определяется главным образом товарными нефтепродуктами, используемыми на данном предприятии и их физико-химическими свойствами, основными загрязнениями могут быть топливо различного назначения (бензины, лигроины, газойли, керосины, дизельное топливо и т.п.), различные смазочные материалы, мазуты и т.п.

Особенности состава нефтесодержащих стоков.

Нефтесодержащие стоки имеют свою специфику касаемо их состава и поведения нефтепродуктов в водной среде, что в конечном итоге и определяет способы очистки данного вида стоков. Основными особенностями, определяющими поведение нефтепродуктов в воде, являются их меньшая плотность по сравнению с плотностью воды (бензин 0,70—0,76, дизельное топливо 0,8—0,9, реактивное топливо 0,8—0,85, мазут 0,94—1,0 г/см3) и низкая растворимость. Последняя для легких фракций нефти (бензинов) в воде не превышает 20—30 мг/л, для керосинов 70—90 мг/л, а для тяжелых фракций она практически равна нулю. Нефтепродукты, попав в воду, в основной массе находятся в грубодисперсном (капельном) состоянии и ввиду меньшей плотности легко выделяются на поверхность воды, образуя плавающую пленку или слой. Другая, меньшая, часть нефтепродуктов может оказаться в тонкодиспергированном состоянии, образуя эмульсию «нефть в воде». Принято считать, что истинная эмульсия образуется при коллоидальных размерах капелек нефтепродуктов (примерно 0,1 мкм). Но в сточных водах, содержащих нефтепродукты, стойкие эмульсии наблюдаются и при больших размерах капелек. Устойчивость эмульсии обусловлена поверхностным натяжением, кинетической устойчивостью частиц, невысокой их концентрацией, стабилизаторами эмульсий могут выступать взвешенные частицы, присутствующие в сточной воде. В настоящее время всё более широкое применение находят всевозможные поверхностно-активные вещества, попадание которых в нефтесодержащий сток существенно нарушает процесс очистки стабилизируя эмульсию.

Методы очистки сточных вод.

Для очистки сточных вод от нефтепродуктов в настоящее время применяют механические, физико-химические, химические и биологические методы. 

Из механических методов практическое значение имеют отстаивание, центрифугирование и фильтрование; из физико-химических — флотация, коагуляция и сорбция; из химических — окисление хлором (хлорирование), окисление озоном (озонирование).

Физико-химическая очистка позволяет удалить коллоидные загрязнения, углеводороды в виде механической и химической эмульсии, мелкие взвеси. На данном этапе обязательным является использование коагулянтов и флокулянтов. Для стоков НПЗ на данном этапе происходит удаление сульфидов.

Биологическая очистка позволяет удалить способные к биоразложению загрязнения – кислородсодержащие соединения (органические кислоты, альдегиды, фенолы и т.п.), частично ароматические углеводороды, соединения серы в виде тиосульфатов и азотные соединения в результате процессов нитрификации-денитрификации.

Типичные схемы очистки сточных вод, содержащие нефтепродукты и взвешенные вещества и не содержащие таких специфических компонентов как фенолы, сульфиды и некоторые другие соединения выглядят следующим образом:

Первый этап – песколовки, для удаления тяжёлых минеральных примесей, которые могут отрицательно влиять на последующие процессы очистки. Нефтепродукты на данном этапе не убираются или убирается лишь небольшой процент сорбированных на взвешенных частицах.

Второй этап – нефтеловушки для удаления свободных нефтепродуктов. На данный момент существует огромное разнообразие конструкций нефтеловушек от классических нефтеловушек API и до устройств со встроенными коалесцентными и тонкослойными вставками. Как правило удаляются капли размером 100-150 мкм и более, эффективность процесса колеблется в широких пределах и как правило составляет от 60 до 90%.

Третий этап – напорная флотация в сочетании с предварительной дозировкой коагулянта и флокулянта. Цель данного этапа удалить максимально полно углеводороды в виде тонкой механической и химической эмульсии в количестве до 100-150 мг/л, коллоидные ивзвешенные частицы различной природы, гидроксиды металлов, сульфиды металлов, в частности железа. Эффективность очистки весьма высока и может достигать 90-95% по нефтепродуктам и 80-90% по взвешенным веществам.

Для некоторых стоков нефтеперерабатывающих заводов (например, конденсаты каталитического крекинга) дополнительными этапами очистки могут являться процессы, связанные с их предварительной специфической обработкой, в том числе для удаления сульфидов: предварительное подкисление – отгонка лёгких фракций с паром и воздухом – каталитическое окисление «кислых» конденсатов воздухом и некоторые другие процессы.

Четвёртый этап – механическая фильтрация на насыпных фильтрах. Технологический процесс фильтрования главным образом реализуется методом объёмного фильтрования в вертикальных насыпных напорных фильтрах различных конструкций. Эффективность процесса при использовании в качестве загрузок антрацита и кварцевого песка весьма высока и достигает 80-90% по нефтепродуктам, позволяя в некоторых случаях получить остаточные концентрации менее 1-2 мг/л.

Пятый этап – сорбционная очистка на фильтрах. Для глубокой очистки воды от нефтепродуктов, находящихся в тонкоэмульгированном и растворенном состояниях, применяется сорбционный метод. В широком понимании сорбция представляет собой процесс поглощения веществ из той или иной среды с помощью других веществ, называемых поглотителями или сорбентами. Различают три разновидности сорбции: адсорбцию, абсорбцию и хемосорбцию. Для очистки воды от нефтепродуктов основное практическое значение имеет адсорбция. При адсорбции молекулы растворенного вещества из жидкости под действием силового поля поверхности переходят на поверхность сорбента. Наиболее распространённым сорбентом с наилучшими технологическим свойствами, является активированный уголь, позволяющий получить остаточные концентрации нефтепродуктов менее 0,05 мг/л.

Конструктивное оформление процессов механической фильтрации и сорбционной очистки на активированных углях очень похожи.

Дополнительными этапа очистки на завершающем этапе, могут быть, например, процессы окисления – озонирование. 

В качестве примера, иллюстрирующего технологические этапы процесса очистки сточных вод НПЗ, далее даётся описание разработанной нашей компанией схемы исходя из состава исходной воды и требованиям к качеству очищенной воды.

Исходная сточная вода согласно техническому заданию Заказчика имеет следующий состав:

Показатели состав исходного стока и очищенной воды, мг/л (если не обозначено иное)

Исходная сточная вода

Требования к очищенной воде

рН

-

6,5-8,5

Ион-аммония (NH4)

-

-

Нитрит-ион (NO2)

-

-

Нитрат-ион (NO3)

-

-

Общий азот (Nобщ)

-

50

БПК5 (мг О2/л)

100-300

10

БПК20 (мг О2/л)

-

20

ХПК (мг О2/л)

200-1000

30

Взвешенные вещества

100

300

Сухой остаток

-

-

Хлориды (Cl)

-

-

Сульфаты (SO4)

-

-

Железо (Fe)

-

-

Нефтепродукты

25-155

10

Фосфаты (в пересчёте на фосфор)

-

-

Нафтеновые кислоты

5,4-27

-

Фенол

130-270

0,25

Сероводород и сульфиды

25-50

-

Меркаптаны

10-35

-

Сульфокислоты

10-25

-

 

Исходя из состава стоков предлагается следующая последовательность технологических операций на очистных сооружениях:

1.      Песколовка.

2.      Нефтеловушка с коалесцентными модулями.

3.      1-й этап реагентной напорной флотации.

4.      Окисление и осаждение сульфидов в виде сульфида железа.

5.      2-й этап реагентной напорной флотации.

6.      Биологическая очистка сточной воды.

7.      Доочистка на фильтрах механической очистки.

8.      Доочистка на фильтрах сорбционных угольных.

 

Физико-химическая очистка сточной воды.

Песколовка.

Первый этап очистки, цель которого заключается в удалении крупных взвешенных веществ, в том числе песка, окалины и других тяжёлых минеральных примесей. Необходимость удаления данных загрязнений вызвана отрицательным их влиянием на последующие этапы очистки, в частности они снижают подвижность осадка, увеличивают нагрузку на очистные сооружения, способствуют абразивному износу оборудования, отлагаются в водораспределительных лотках, входных камерах, реакторах и т.п.

12.jpg 

Рисунок 1 Внешний вид установки М-Комби (НС) Ж


Комбинированная установка механической очистки сточных вод (рис. 1) объединяет в себе аэрируемую песколовку, горизонтальный и наклонный шнековый транспортер. Высокая эффективность установки позволяет применять её как комплекс механической очистки для промышленных предприятий, решая такие задачи:

1) сепарация и отмывка песка;

2) обезвоживание и выгрузка песка;

3) отделение и удаление наиболее крупных плавающих примесей (в частности жир).

Установка является полностью законченным изделием и включает в себя составные части, которые необходимо подключить между собой:

1) комбинированная установка механической очистки сточных вод;

2) шкаф управления (ШУ) с контроллером и сенсорная панель оператора;

Оборудование выполнено полностью из нержавеющей стали, корпуса контейнеров защищены от истирания износостойкими полимерными вкладышами. Комплекс устанавливается на площадке очистных сооружений промышленных стоков на участке механической очистки, предназначен для использования в сточных водах с рН=6,0-9,0. Установка изготавливается в климатическом исполнении «УХЛ» категория размещения 4.

Принцип действия.

Исходные сточные воды подаются самотеком в принимающую камеру через входной патрубок. Далее из принимающей камеры сточные воды тангенциально выводятся в ёмкость горизонтальной песколовки. Аэрация ёмкости закручивает потоки сточной воды в осевом направлении, что способствует промывке и осаждению песка. Осажденный песок перемещается против движения воды горизонтальным шнековым транспортером к накопительной камере и далее обезвоживается и выгружается наклонным шнеком в отдельную ёмкость. Лёгкие плавающие загрязнения скапливаются на поверхности воды в канале сбора жира и скребковым механизмом периодически собирается в камеру отвода лёгких фракций. Камера отвода жира замыкается скребковым механизмом и промывочная вода, и жир удаляются насосом.

Осветленная сточная вода через перелив отводится с помощью выходного патрубка. Регулировка уровня воды в установке производится путем изменения высоты перелива.

Для обеспечения установки воздухом предполагается использование заводского воздуха.

Нефтеловушка с коалесцентными вставками.

Исходная вода из песколовки поступает на нефтеловушку в самотёчном режиме, при невозможности организации самотёчного режима, необходима организация промежуточной ёмкости и системы подающих насосов.

Нефтеловушка основана на принципе гравитационного разделения воды и нефтяных капель в условиях покоя или медленно движущегося ламинарного потока, при этом капли нефтепродуктов, с меньшей чем у воды плотностью, всплывают на поверхность.

Основная масса нефтепродуктов, содержащаяся в исходном стоке в виде грубодисперсных капель в количестве более 100 мг/л, удаляются в очистных сооружениях, называемых нефтеловушками. По конструктивному исполнению данные сооружения традиционно являются горизонтальными, радиальными или вертикальными отстойниками, часто дополнительно оборудуются коалесцирующими вставками.

Исходя из поставленной задачи для удаления капель нефтепродуктов крупностью более 100-150 мкм предлагается установить следующее оборудование: горизонтальная нефтеловушка с коалесцентными вставками.

Второй этап обработки заключается в отделении самых больших капель нефти (более 100-150 мкм) из воды путем коалесценции на гидрофобных, горизонтальных гофрированных пластинах. При пересечении специального пакета гофрированных пластин, нефтяные капли удерживаются и концентрируются в верхней части волн пластин, где они могут объединяться в большие капли. Эти крупные капли могут быть отделены за счет всплытия под действием силы тяжести. Большие капли масла, отделенные в корпусе гофрированных пластин, накапливаются на поверхности воды и образуют нефтяной слой. Этот слой периодически удаляется.

Пакет гофрированных пластин расположен внутри резервуара таким образом, что исходная вода течет через пакет в ламинарном режиме. При прохождении через пакет капли нефти накапливаются в каждой верхней волне и поднимаются на поверхность воды через специально оборудованные отверстия каналов. Накопленная нефтяная пленка удаляется периодически простым переливом.

Принцип работы коалесцентных вставок хорошо иллюстрирует данный рисунок:

13.jpg

Рисунок 2 Внешний вид и принцип действия коалесцентных вставок, нефтеловушки с коалесцентными вставками (ниже).

В зависимости от характеристик нефти, методов добычи и состава, полученная вода содержит в большинстве случаев некоторые незначительные количества взвешенных веществ и других компонентов, которые имеют тенденцию постепенно закупоривать пакет гофрированных пластин и увеличивать потери напора, уменьшая тем самым эффективность разделения. Поэтому коалесцентный фильтр должен периодически промываться. Промывка выполняется водой с помощью специальных моющих пандусов, связанных с пакетом гофрированных пластин. Вода от промывки, содержащая загрязнения удаляется через автоматические сбросные клапаны. В зависимости от характеристики воды, с которой работает коалесцентный фильтр, промывка требуется от одного раза в неделю до одного раза в месяц. Объем нефтешлама, потери напора и параметры обратной промывки автоматически контролируются с помощью набора автоматики.

Первая ступень напорной флотации.

Исходная вода из нефтеловушки в камеру хлопьеобразования поступает в самотёчном режиме, при невозможности организации самотёчного режима, необходима организация промежуточной ёмкости и системы подающих насосов.

Цель установки первой ступени напорной флотации – максимальное удаление нефтепродуктов различной природы (свободных нефтепродуктов присутствующих в исходной сточной воде в капельном состоянии крупностью менее 100 мкм, механически и химически эмульгированных нефтепродуктов), удаление взвешенных веществ. Удаление данных составляющих сточной воды требуется для наиболее полного протекания последующих этапов очистки.

Технологический процесс напорной флотации.

На флотатор поступают стоки непосредственно после этапа нефтеотделения.

Наша компания предлагает современную систему эффективной очистки сточных вод, составленную с учетом последних достижений технологии и техники.

Для достижения заданных требований к качеству воды в данном предложении предлагается использовать установку напорной флотации как отечественного, так и зарубежного производства с предварительной реагентной обработкой исходной воды.

Сточная вода поступает в камеру коагуляции, куда также подается коагулянт для перевода мелкодисперсных и растворенных компонентов во взвешенное состояние. После камеры коагуляции стоки обрабатываются флокулянтом и самотеком поступают на установку напорной флотации. Уловленные загрязнения в виде флотошлама направляются на утилизацию, а осветленная вода – на использование. Подача реагентов осуществляется автоматически. Ожидаемое качество очистки после флотационной очистки по взвешенным веществам и по нефтепродуктам зависит от марок и дозировок реагентов – коагулянтов и флокулянтов. 

Дозировка коагулянта.

Для удаления взвешенных частиц и эмульгированных нефтепродуктов подается раствор коагулянта.

Для данного типа стоков, характерно наличие взвешенных частиц различной природы, а также нефтепродуктов. Взвеси и тонко эмульгированные нефтепродукты чрезвычайно малые по размерам, образуют весьма устойчивую коллоидную (эмульсионную) систему. Агрегативная устойчивость такой дисперсной системы определяется степенью дисперсности, поверхностными и электрокинетическими свойствами частиц, а также наличием других примесей (электролитов, поверхностно-активных и иных веществ). Одним из распространенных методов нарушения агрегативной устойчивости таких систем является коагуляция, под которой понимается процесс образования в системе из мелких частиц более крупных агрегатов, легко удаляемых из воды механическими методами.

Для очистки воды наибольшее распространение получила гетерокоагуляция, в основе которой лежит взаимодействие мелкодисперсных и коллоидных частиц с агрегатами, образующимися при введении в воду коагулянтов — солей, способных образовывать мелкокристаллические или аморфные структуры, малорастворимые в воде. При гетерокоагуляции сточных вод в настоящее время широко используют неорганические коагулянты в виде солей алюминия и железа, а также органические катионные коагулянты. Таким образом, перед ступенью флотации необходим ввод коагулянтов, которые образуя в сточной воде аморфные структуры с высокой поверхностной энергией адсорбируют частицы загрязнений.

В качестве коагулянта предлагается использовать хлорид железа (III) или полиоксихлорид алюминия, однако использование алюминиевого коагулянта сопряжено с необходимостью корректировки рН исходной сточной воды до нейтральных значений. Ориентировочная доза коагулянта составляют 50-150 мг/л по товарному продукту (уточняется в процессе пробного коагулирования). В растворно-расходных ёмкостях происходит растворение некоторого количества коагулянта (готовиться 10% раствор как правило на период не более 24 часов) и дальнейшее его дозирование насосами-дозаторами непосредственно в поток исходной воды.

Непосредственно узел дозировки коагулянта представляет собой ёмкость, приготовления 10% раствора хлорида железа, оборудованную мешалками, а также бункером и шнековым дозатором, что позволяет готовить раствор коагулянта в автоматическом режиме, в задачу оператора входит только контроль наличия твёрдого реагента в бункере. Приготовленный раствор перекачивается в расходную ёмкость отдельным химически стойким насосом. Узел приготовления реагентов, это автономные системы, практически не требующие обслуживания, а лишь периодического контроля уровня твёрдого товарного реагента (коагулянта) в бункере.

Дозировка реагента происходит перед камерами хлопьеобразования.

Для сокращения расхода минерального коагулянта, дополнительно может использоваться дозировка органического катионного коагулянта. Использование данного типа коагулянта позволяет на 50-80% сократить дозировку минерального коагулянта, уменьшить влажность получаемого осадка и увеличить степень обезвоживания шлама.

Дозировка флокулянта.

В камеру хлопьеобразования, примерно через 2-3 минуты после дозировки коагулянта осуществляется дозировка флокулянта.

Марку и дозировку флокулянта предстоит выбрать в процессе предварительных экспериментальных работ или в процессе пуско-наладки. Дозировка флокулянта осуществляется насосом-дозатором из расходных емкостей флокулянта, доза флокулянта ориентировочно составляет – 1-2 мг/л.

Узел дозировки и приготовления флокулянта представляет собой растворные ёмкости, оборудованные шнековыми дозаторами и бункерами для хранения некоторого количества реагента, для интенсификации процесса растворения данные ёмкости оборудованы мешалками. Процесс приготовления как коагулянта, так и флокулянта происходит полностью в автоматическом режиме, оператору необходимо только следить за количеством реагента непосредственно в бункере. Приготовленный реагент винтовыми насосами перекачивается его в расходную ёмкость, откуда происходит дозировка заданного количества флокулянта в поток исходной воды.

Оптимальная доза флокулянта определяется в процессе пробного флокулирования при проведении пуско-наладочных работ. В растворно-расходных ёмкостях происходит растворение суточного количества флокулянта (готовиться 0,1% раствор) и дальнейшее его дозирование насосами-дозаторами непосредственно в поток сточной воды.

Узлы приготовления и дозировки коагулянта и флокулянта требуется размещать в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее +5оС.

Напорная флотация.

Сточная вода после дозировок реагентов, с сформировавшимися хлопьями коагулянта-флокулянта, поступает на установку напорной флотации. На флотаторе из воды извлекаются все скоагулированные загрязнения (90-95%). Часть осветленной на флотаторе воды отводится на установки насыщения воды воздухом - сатуратор, образуя рецикл в количестве 15-30% от расхода исходной воды.

Растворение газа в воде происходит в сатураторе. Часть осветленной на флотаторе воды отбирается рециркуляционным насосом и подается в сатуратор под давлением 5-6 атм. Специальная конструкция сатуратора позволяет достигать эффективного растворения газа в воде. Далее насыщенная газом (сатурированная) вода проходит через редукционный клапан, на котором происходит потеря давления с 5,5атм. до давления в подающем трубопроводе. При этом происходит выделение из сатурированной воды огромного количества микропузырьков размером 20-100 мкм.

14.png

Рисунок 3 Напорный флотатор. Внешний вид.

В очищаемую воду, содержащую сформировавшиеся хлопья коагулянта, подается водовоздушная смесь от сатуратора. Эта вода поступает в камеру выделения водо-воздушной смеси флотатора. Во флотаторе происходит интенсивное разделение загрязнений. Скоагулированные хлопья загрязняющих веществ, увлекаемые пузырьками воздуха, поднимаются на поверхность воды и образуют устойчивый слой флотошлама.

Для интенсификации процесса разделения флотокомплексов и воды, флотатор оснащен тонкослойным модулем. Как известно, тонкослойные модули в несколько раз повышают эффективную поверхность и скорость разделения при том же объеме. К тому же, очищаемая жидкость проходит через тонкослойные блоки сверху вниз, а пузырьки воздуха создают восходящий поток, чем создается дополнительный эффект противоточной очистки.

Образующийся пенный слой периодически снимается с поверхности жидкости скребковым механизмом и сбрасывается во встроенную шламовую часть флотатора (наклонный желоб). Тяжелые несфлотированные загрязнения осаждаются в пирамидальных днищах, откуда удаляется через предусмотренный патрубок. Весь флотошлам отводится в накопительную емкость осадка смотёком. Осевшие тяжёлые загрязнения выводятся под действием гидростатического давления с помощью пережимных клапанов в нижней части флотатора.

Осветленная сточная вода через специальный выпуск отводится из установки. Часть очищенной воды отбирается рециркуляционным насосом для насыщения ее воздухом в сатураторе.

Установка имеет очень надежную и легко настраиваемую систему удаления флотошлама. Уровень воды в ванне регулируется. Флотатор имеет сборник флотошлама для удаления максимального количества шлама. Скорость сборника регулируется через частотный преобразователь двигателя в зависимости от количества флотошлама. Это позволяет поддерживать высокую концентрацию выводимого флотошлама.

Флотатор оборудован приводом двигателя сборника шлама. Вращается постоянно, регулируется частотным преобразователем.

Удаление сероводорода.

Четвёртый этап очистки – удаление сульфидов и сероводорода. Непосредственно перед процессом биологической очистки требуется максимально полное удаление сульфидов, сероводорода и меркаптанов из исходной воды, так как данные соединения являются ингибиторами процесса биологической очистки и тормозят развитие активного ила.

Учитывая обозначенные в исходной сточной воде концентрации сероводорода – до 50 мг/л и меркаптана – до 35 мг/л не имеет смысла применение технологии предварительной отдувки сероводорода в виде газа H2S с последующим отводом газо-воздушной смеси на факел.

Сероводород и сульфиды из сточной воды удаляются с использованием двух методов:

1)      Окисление каталитическое кислородом воздуха.

2)      Выделение сульфидов в виде малорастворимых соединений, в частности сульфида железа.

Окисление сульфидов кислородом воздуха. Применяется при содержании сероводорода до 300мг/л и расходов до 200 м3/час.

Окисление происходит непосредственно при атмосферном давлении и при исходных температурах в открытом резервуаре. Резервуар представляет собой прямоугольную ёмкость с установленной на дне системой подачи сжатого воздуха через пористые трубы. Воздух подаётся из заводской системы подачи, отдельные воздуходувки в ТКП не предусмотрены.

В процессе окисления сульфиды проходят следующие основные стадии:

S2- (сульфид) ® S (сера) ® SnO62- (политионаты) ® S2O32- (тиосульфаты) ® SO32- (сульфиты) ® SO42- (сульфаты)

В отсутствие катализаторов реакция идёт очень медленно и завершается с образованием различных промежуточных полисернистых соединений, при этом они в свою очередь окисляются существенно быстрее.

При введении катализаторов, окисление воздухом идёт до образования тиосульфатов, а в качестве катализаторов выступают соли металлов (Mn2+, Fe2+ или Fe3+). Скорость окисления имеет максимум в двух диапазонах рН: при рН 7,0-8,8 и далее при рН 11-12.

В данном случае используется соль трёхвалентного железа для интенсификации процесса окисления. Для чего узел каталитического окисления сульфидов оборудован узлом приготовления и дозировки хлорида железа (III). Необходимое количество железа зависит от исходной концентрации различных коллоидных металлических оксидов в исходном стоке и определяется в процессе пуско-наладочных работ.

Перед реакторами установлен узел приготовления и дозировки раствора хлорида железа (III).

Основные параметры процесса следующие:

·         Общее время пребывания в камерах окисления – 90-120 минут.

·         Объёмный расход воздуха на 1 м3 стока – 8-10 м3.

·         Степень окисления сульфидов – 60-70%.

Удаление сульфидов осаждением FeS. Химическое осаждение сульфида железа происходит после процесса окисления кислородом воздуха и предназначено для остаточного удаления не окисленного сероводорода и сульфидов в концентрации до 50 мг/л. Остаточное содержание сульфидов при этом составит 0,5-2,0 мг/л.

Продукты окисления – это сульфид железа и элементарная сера, склонны к образованию коллоидных систем и не удаляются в процессе обычной фильтрации. Их удаление требует дополнительного ввода коагулянта и флокулянта, с последующим отделением на флотации.

В присутствии растворённого кислорода происходит следующая реакция:

10S2- + 3O2 + 4Fe2+ + 6H2O ® 4FeS¯ + 6S¯ + 12OH-

На 1 мг удаляемого иона сульфида S2- требуется 1,2 мг/л 50% водного раствора хлорида железа (III).

Непосредственно реакция проходит в отдельном реакторе. Реактор представляет собой 1 резервуар, прямоугольный в плане, разделённый на 3 секции. Первый резервуар – объемом 1,5 м3 оснащен высокоскоростной мешалкой (Milton Roy, Франция), для быстрого смешивания реагентов с исходной сточной водой, именно в данную камеру происходит дозировка железосодержащего реагента. Две другие камеры, объемом по 5 м3 каждая рассчитаны на общее время пребывания сточной воды примерно 15 минут (при расходе 40 м3/час), также оснащены мешалками, но здесь мешалки медленные необходимые для интенсификации процесса протекания реакции.

Из реактора исходная сточная вода поступает на этап 2 ступени напорной флотации.

Вторая ступень напорной флотации.

Исходная вода из последней камеры реактора, где происходит образование нерастворимых коллоидных частиц элементарной серы и сульфида железа в камеру хлопьеобразования поступает с помощью центробежного насоса.

Цель установки напорной флотации второй ступени – максимальное удаление сульфидных соединений в виде коллоидных частиц элементарной серы и сульфида серы, сорбированных на хлопьях коагулянта и флокулянта.

Аппаратурно и технологически первый и второй этапы напорной флотации очень похожи друг на друга.

После 2-ой ступени напорной флотации вода поступает на завершающий этап очистки – биологическую очистку. Между этапом физико-химической очистки и биологической очистки расположен промежуточный резервуар (стеклопластиковый, горизонтальный для поверхностного монтажа, объём – 50м3), откуда центробежными насосами сток поступает на этап биологической очистки.

Биологическая очистка.

Технология очистки сточных вод после предварительной очистки

Технологическая схема состоит:

  • блок дозирования химических реагентов;

  • блок биологической очистки;

  • блок флотации 3 ступени;

  • блок обезвоживания осадка.

Сточные воды после усреднения и блока физико-химической очистки с равномерным расходом поступают в биореактор.

Биореактор разделен на зоны:

  • анаэробная зона, оборудованная мешалкой, концентрация растворенного кислорода – менее 0.3 мг/л, обеспечивается подача возвратного ила из флотатора 3 ступени;

  • аноксидная зона, оборудованная мешалкой, концентрация растворенного кислорода - 0.5-0.8 мг/л, обеспечивается подача нитратного рецикла из зоны нитрификации;

  • аэробная зона, оборудованная системой мелкопузырчатой аэрации и насосами нитратного рецикла, концентрация растворенного кислорода – более 2 мг/л.

Для эффективности биологической очистки необходимо обеспечить поддержание температуры поступающих сточных вод в диапазоне +20-+35оС.

Постольку поскольку основными биогенными элементами в процессе биологической очистки являются азот и фосфор в схеме предусмотрены узлы дозировки соединения азота и фосфора, так как данных о концентрации этих элементов в исходном стоке нет. Для интенсификации биологической очистки устанавливается станция дозирования мочевины и суперфосфата в поступающий сток.

Для поддержания рН 7,0-8,2 устанавливается станция нейтрализации.

Мочевина и суперфосфат являются биогенными азотосодержащими и фосфоросодержащими   добавками, вещества, образующие с фенолом легко окисляемое соединение. Биоразложение фенола в присутствии мочевины используется как эффективный способ интенсификации биологической очистки сточных вод.

В анаэробную зону поступают сточные воды после блока физико-химической очистки. Из вторичного отстойника насосом на вход в анаэробную зону подается возвратный ил.

Процесс денитрификации проводится в анаэробных условиях в присутствии органических веществ, необходимых для жизнедеятельности биомассы ила. Органические вещества окисляются кислородом, который извлекается за счет подачи возвратного ила (содержание нитратов), фосфор поглощается клетками микроорганизмов. Окисляются в основном легкоокисляемые вещества: углеводы, органические кислоты, спирты. Максимальная интенсивность процесса достигается при рН 7,0-8,2. При значениях рН ниже 6,1 и выше 9,6  процесс полностью затормаживается. Повышение температуры интенсифицирует процесс денитрификации и дефосфотации. Перемешивание иловой смеси осуществляется низкоскоростной мешалкой.

В аноксидной зоне свободный кислород присутствует за счет подачи нитратного рецикла из зоны нитрификации. Перемещение иловой смеси осуществляется низкоскоростной погружной мешалкой. В анкосидной зоне активно протекают процессы денитрификации.

Удаление из сточных вод аммонийного азота происходит в результате процесса нитрификации. В процессе нитрификации азот аммонийный окисляется до нитритов и затем до нитратов. В качестве субстрата используется аммонийный азот, мочевина.

Нитрификатор оборудован оксиметром (датчиком кислорода), по сигналам которого осуществляется руководство работой воздуходувок.

Скорость процесса нитрификации зависит от рН среды и температуры. При рН менее 6 и температуре менее 10° С интенсивность нитрификации значительно замедляется. Оптимальными являются температура +20 - +25°С и рН 8.2.

Разделение процессов нитрификации и денитрификации позволяет улучшить условия проведения каждого из них и, соответственно, обеспечить глубокое удаление азота и фосфора в процессе биологической очистки.

Иловая смесь после биореактора поступает в технологическую ёмкость, из которой насосом подается на флотатор 3 ступени для разделения очищенных сточных вод и активного ила. Использование флотатора для вторичного отстаивания позволяет увеличить и поддерживать дозу возвратного ила 6-8 г/л. Для эффективности флотации дозируется водный раствор флокулянта.

Возвратный ил подается из флотатора 3 ступени в анаэробную зону биореактора, избыточный ил удаляется в анаэробный стабилизатор ила, откуда насосом подается на обезвоживание. Для эффективного задержания сухого вещества перед обезвоживанием в осадок подается водный раствор флокулянта.

Сточные воды, прошедшие биологическую очистку, сбрасываются в систему канализации.

В таблице ниже представлен перечень основного технологического оборудования.

 

№ п/п

Наименование оборудования

1.                   

Биореактор

2.                   

Станции дозирования химических реагентов: азотсодержащего и фосфорсодержащего. Станция нейтрализации.   

3.                   

Насос нитратного рецикла

4.                   

Мешалки погружные

5.                   

Воздуходувки

6.                   

Вторичный отстойник или флотатор

7.                   

Насосы возвратного ила и избыточного активного ила.

8.                   

Шнековый обезвоживатель

9.                   

Анаэробный стабилизатор ила в комплекте с насосным оборудованием