Экология и безопасность жизнедеятельности / Serikov - Ekologizaciya neftyanikh operaciy v more 2009

Технологическая линия для очистки льяльных и подтоварных вод почти полностью повторяет технологическую схему очистки ливневого стока. Однако отличается тем, что предусматривает две ступени очистки флотацией и тонкослойной седиментацией. Конструктивно это реализуется

с помощью двух последовательно подключаемых комбинированных флотаторов. Такое предложение связано с тем, что льяльная и подтоварная

вода более загрязнены нефтью и нефтепродуктами и взвешенными веществами, чем вода ливневого стока. Вместе с тем, требования к очищенной льяльной и подтоварной воде выше, так как по условиям сброса эта очищенная вода отводится в море.

Во второй технологической линии вместо гидроциклона предусмотрено использование песколовки с той же целью очистки наиболее крупных включений, которые могут оказаться в очищаемой воде.

При очистке льяльной и подтоварной воды после песколовки и резервуара-накопителя концентрация нефтепродуктов и взвешенных веществ снижается соответственно до Сн=300мг/л и Св=150мг/л.

После 1 ступени флотации и тонкослойной седиментации концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде составляет Сн=80мг/л и взвешенных веществ Св=70мг/л.

После 2 ступени флотации и тонкослойной седиментации концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде составляет Сн=10-15 мг/л и взвешенных веществ Св=10-15мг/л.

После 1 ступени напорных фильтров концентрация нефтепродуктов

вочищаемой воде составляет Сн=5-7мг/л и взвешенных веществ Св=3-5 мг/л.

После 2 ступени напорных фильтров концентрация нефтепродуктов

вочищаемой воде составляет Сн=1-3мг/л и взвешенных веществ Св=3- 5мг/л.

После адсорбционных фильтров, то есть в конце технологической

схемы очистки воды концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде

составляет Сн=0,05 мг/л и взвешенных веществ Св=1-2 мг/л.

Третья технологическая линия, которая предназначена для очистки

балластной воды и загрязненной воды с морской акватории повторяет вторую технологическую линию со следующим отличием (см. рисунок

4.5.).

Рисунок 4.5. Технологическая линия для очистки балластной воды и воды

с морской акватории

При очистке балластной воды и загрязненной воды с акватории водоема песколовки и резервуара-накопителя концентрация

нефтепродуктов и взвешенных веществ снижается соответственно до

Сн=150мг/л и Сн=100мг/л.

После 1 ступени флотации и тонкослойной седиментации концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде составляет Сн-70-80мг/л и взвешенных веществ Сн=40 мг/л.

После 2 ступени флотации и тонкослойной седиментации концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде составляет Сн=10мг/л и взвешенных веществ Сн=10мг/л.

После 1 ступени напорных фильтров концентрация нефтепродуктов

вочищаемой воде составляет Сн=5-7 мг/л и взвешенных веществ Сн=3- 5мг/л.

После 2 ступени напорных фильтров концентрация нефтепродуктов

вочищаемой воде составляет Сн=1-3мг/л и взвешенных веществ Св=3- 5мг/л.

После адсорбционных фильтров, то есть в конце технологической

схемы очистки воды концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде

составляет Сн=0,05мг/л и взвешенных веществ Св=1-2мг/л.

На третьей технологической линии установлены комбинированные флотаторы принципиально не отличающиеся от флотаторов на второй линии.

Комбинированные флотаторы третьей линии имеют только некоторые конструктивные отличия.

Для очистки производственной сточной воды и воды поверхностного стока предприятия ЗАО «Метахим» г.Волхов, Ленинградской области были спроектированы, построены и эксплуатируются очистные сооружения. Эти очистные сооружения предназначены для очистки стока, содержащего нефти и нефтепродукты и взвешенные вещества. Производительность очистных сооружений составляет 194 м3/час.

Технология очистки включает в себя первичную седиментацию и фильтрование. В процессе первичной седиментации из объема очищаемой воды выделяются крупнодисперсные частицы взвешенных веществ.

Особенностью загрязнения очищаемой сточной воды является то обстоятельство, что частицы взвешенных веществ являются накопителем различных загрязняющих веществ, в том числе, и нефтепродуктов [80].

Поэтому при седиментации вместе с грубодисперсными взвешенными веществами удаляется и часть нефти и нефтепродуктов. Загрязняющие вещества, которые оседают в результате седиментации, накапливаются в нижней части корпуса локальных очистных сооружений, то есть на их дне, которое выполнено наклонным. По мере накопления загрязняющие вещества отводятся по специальному трубопроводу.

Последующая очистка от мелкодисперсных взвешенных веществ осуществляется фильтрованием. В качестве фильтрующего материала используется модифицированный волокнисто-пористый полиэтилен.

Указанные операции по очистке сточной воды представляют собой первую ступень очистки.

Вторая ступень очистки представляет собой повторение операций очистки - седиментации и фильтрования. Технологическая схема конструктивно реализована следующим образом.

В очистные сооружения 1 сточная вода на очистку подается самотеком (см. рисунок 4.6) из канала 2, по которому движется сточная вода. Канал имеет уклон. Поэтому для обеспечения самотечного движения

воды через очистные сооружения прием воды из канала и выпуск после очистных сооружений в канал предусмотрены на разных уровнях - соответственно h1 и h2, которые обеспечивают перепад высот h. Канал сточной воды оснащен шибером 3. Такое конструктивно-технологическое решение имеет ряд преимуществ. С точки зрения технологии очистки

обеспечивается наиболее благоприятный режим и скорость движения очищаемой воды.

Рисунок 4.6. Схема подачи очищаемой воды на очистные сооружения

С точки зрения эксплуатации - не требуется применение насосов, а

также обслуживающий персонал или автоматические системы управления работой насосами.

Все операции в технологии очистки воды осуществляются в устройстве, который состоит из седиментационной полости и группы блоков фильтрования.

Очищаемая вода поступает на очистку по трубе и направляется в седиментационную полость, в которой крупнодисперсные частицы

примесей оседают на наклонное дно устройства и накапливаются в приямке, из которой удаляется по специально установленным трубам. Седиментационная полость одновременно является распределительной, из которой очищаемая вода подается на фильтрование.

Дооборудование седиментационных емкостей для организации процесса очистки абсорбцией. Для очистки нефтесодержащей воды от нефти и нефтепродуктов, которые содержатся в воде в виде отдельной фазы значительного объема, целесообразно применять процесс очистки абсорбцией. Этот процесс достаточно эффективен и конструктивно может быть реализован в любой емкости, например, седиментационной.

Седиментационные емкости могут быть без особых затрат дооборудованы с целью организации в этих емкостях процесса очистки абсорбцией. Такое совмещение процессов очистки (абсорбции и седиментации) в одном устройстве не влияет на их эффективность, но

позволяет снизить затраты на изготовление отдельных устройств для этих процессов. Упомянутое достигается следующими простыми конструктивными решениями.

Седиментационная емкость 1 (см. рисунок 4.7), имеющая трубу подвода воды 2 на очистку и трубу отвода воды 3, оборудуется двумя датчиками раздела сред - верхним 4 и нижним 5, а также блоком управления 6 и системой управления 7, которая управляет работой клапанов 8, 9 и 10. Седиментационная емкость оборудована трубой для отвода нефти и нефепродуктов 11.

Рисунок 4.7. Дооборудование седиментационного устройства

При работе седиментационной емкости в режиме очистки происходит накопление в емкости нефти. При этом режиме клапаны 8 и 9 открыты. Граница раздела сред «нефть-вода» по мере накопления нефти опускается и достигает датчика нижнего уровня, который установлен в точке максимального накопления нефти.

Датчик нижнего уровня 5 реагирует на нефть и подает сигнал в блок управления 6, который через систему управления 7 закрывает клапан 9 и открывает клапан 10 на трубе отвода нефти. В этот момент седиментационная емкость работает в режиме отвода нефти. Нефть по трубе 11 удаляется из емкости. При этом граница раздела сред будет

подниматься и через определенное время достигнет верхнего датчика уровня 4, установленный в точке минимального накопления нефти. Эта точка должна находиться ниже трубы 2 подвода воды на очистку. Такое взаимное расположение датчиков 4 и 5 и трубы 2 обеспечит наличие абсорбционного слоя нефти, через который будет протекать очищаемая вода, и который будет поглощать содержащиеся в воде в виде отдельной фазы и крупных включений нефти. Толщина слоя будет колебаться от минимального значения, показанного на рисунке 5, до максимального. При достижении границы раздела сред верхнего датчика 4, этот датчик реагирует на это и направляет сигнал в блок управления. Блок управления 6 через систему управления 7 снова открывает клапан 9 и закрывает клапан 10. Отвод нефти прекращается и очищенная вода из седиментационной емкости поступает на дальнейшую очистку.

Такой способ дооборудования седиментационных емкостей может найти широкое применение на локальных очистных сооружениях для очистки сточной воды, которая содержит нефти или нефтепродукты, например, при ликвидации последствий аварийных разливов нефти или

нефтепродуктов. Таким образом, без существенных затрат очистные сооружения могут быть дополнены еще одной операцией очистки.

Переходим к рассмотрению плавучего комплекса для переработки нефтеводяной смеси. В настоящее время значительную долю в общем

объеме перегружаемых нефтей занимают так называемые рейдовые перегрузочные комплексы (РПК) [81]. Для такого способа передачи нефти

на морские танкеры вопросы экологической безопасности являются более актуальными, чем при транспортировке нефти в портах. Это объясняется тем, что общий объем нефти, отгружаемый на морские танкеры, сравним с их объемом, которые перегружаются в морских портах. Но при этом на рейдовых перегрузочных комплексах объем нефти, который перекачивается на танкере-накопителе вдвое больше, так как поток нефти дважды перекачивается через танкер-накопитель - при его наполнении танкерами-перевозчиками и при погрузке нефти на морской танкер - отвозчик.

Современные технические средства, которые предназначены для ликвидации аварийных разливов, представляют собой некоторый комплекс, включающий средства для локализации разлива (боновые ограждения), средства для его ликвидации (суда-нефтесборщики) и вспомогательные средства (сорбенты, детергенты). Ликвидация

аварийного разлива чаще всего означает сбор разлитых нефти и нефтепродуктов, хотя сбором их не достигается окончательное решение проблемы, так как теперь требуется извлеченную нефтеводяную смесь переработать. Для этого необходимо наличие сооружений по переработке такой смеси воды и нефти.

Однако, на практике далеко не всегда такие сооружения существуют

и обычно их роль возлагается на сооружения по очистке сточной воды береговых объектов. Но даже при наличии указанных сооружений существует необходимость транспортировки нефтеводяной смеси, как правило, в больших объемах и на большие расстояния.

Решение указанной проблемы возможно при использовании предлагаемого плавучего комплекса [82]. Такой комплекс включает в себя

боновые ограждения и плавучие сооружения для сбора и переработки (ПСП) смеси воды и нефти. В случае разлива пятно нефти или нефтепродуктов локализуется боновыми ограждениями, к которым, подходит ПСП (см. рисунок 4.8).

Рисунок 4.8. Ликвидация аварийного разлива с применением ПСП

ПСП представляет собой плавучее средство, которое выполняет

функции нефтесборщика и сооружений по переработке извлеченной с поверхности воды нефтеводяной смеси. Указанные функции обеспечиваются следующей конструкцией ПСП (см. рисунок 4.9).

1-емкость; 2-подзор, 3-тоннель, 4-погружные насосы, 5-волногасящая решетка, 6-приемная емкость, 7-переборки, 8-датчики, 9-емкость нефти и нефтепродуктов, 10-емкость очищенной воды, 11-СЭУ, 12-адсорбционные фильтры, 13-фильтры для очистки нефти, 14-надстройка

Рисунок 4.9. Плавучее сооружение по переработке (ПСП) смеси воды и нефти.

Извлеченная с поверхности воды нефтеводяная смесь перекачивается в приемную емкость 6. Данная емкость оснащена вертикальными переборками 7, которые делят емкость на отсеки.

Расположение переборок позволяет направить поток движения смеси таким образом, что это будет обеспечивать наиболее эффективное ее разделение на воду и нефти. Отсеки оснащены датчиками накопления

нефти или нефтепродуктов 8, которые через систему управления технологическим процессом переработки смеси, периодически перекачивают нефть в емкость 9. Вода из приемной емкости перекачивается в емкость 10. В результате этого обеспечивается первичное разделение смеси. В емкость 9 поступают обводненные нефти, в которых содержание воды не превышает 5-10%. В емкость 10 поступает вода, содержащая эмульгированные нефти в концентрации не более 0,5-1,0%.

Минуя емкость 6, в емкость 9 может перекачиваться извлеченный

непосредственно с поверхности акватории моря слой нефти или нефтепродуктов, а в емкость 10 после этого нефтесодержащая вода.

Последующие технологические операции представляют собой операции по очистке воды от нефти и операции по приготовлению нефтеводяной эмульсии к использованию ее в качестве топлива для энергетической установки 11 ПСП. Избыток нефти передается на танкер- накопитель.

Очистка нефтесодержащей воды от эмульгированной нефти обеспечивается в блоке адсорбционных фильтров 12. В качестве адсорбционного материала может применяться активированный уголь.

Такой способ очистки обеспечивает остаточное содержание нефти в очищаемой, допустимое для сброса очищенной воды в море. Требуемая степень очистки может регулироваться количеством фильтров в блоке. Это позволяет исключить применение емкостей для сбора воды, извлеченной с

поверхности вместе с нефтепродуктами и ее транспортировку к очистным сооружениям.

Технология переработки, образующейся при ликвидации аварийного разлива смеси воды и нефти, предусматривает очистку нефти от воды в фильтрах 13. Фильтры заполнены материалом, который является нейтральным к нефти, но поглощает воду.

На ПСП предусмотрено наличие надстройки 14, в которой можно расположить жилые и служебные помещения. Плавучие сооружения по

переработке нефтеводяной смеси могут быть построены в двух основных вариантах: на базе корпуса, в котором, кроме описанных выше устройств для переработки нефтеводяной смеси, танки для накопления нефти, которые были извлечены с поверхности разлива и очищены от воды; на базе корпуса, в котором размещаются только устройства для переработки смеси воды и нефти [83].

Применение того или иного варианта ПСП будет определяться условиями аварийного разлива - свойствами разлитых нефтей или нефтепродуктов, площадью разлива, метеоусловиями, удаленностью

рейдового перегрузочного комплекса от береговых очистных сооружений и некоторыми другими обстоятельствами. В некоторых случаях второй вариант ПСП может использоваться с баржей-накопителем.

Реализация предложения по применению ПСП для ликвидации аварийных разливов и переработки извлекаемой при ликвидации смеси воды и нефти позволяет решать следующие основные задачи:

обеспечивать экологическую безопасность работы РПК с меньшими затратами, чем при использовании существующих технических средств;

при возникновении аварийного разлива одновременно обеспечивать функции по извлечению нефти, нефтепродуктов с поверхности разлива, очистке воды до норм, позволяющих сбрасывать ее в море; выполнять все действия по ликвидации аварийного разлива и его последствий, не прекращая работу РПК.

Таким образом, в настоящем параграфе монографии представлен

комплекс технологических и технических предложений для очистки сточных вод разных категорий, содержащих нефти и взвешенные вещества; изучены технологические схемы локальных очистных сооружений, определено, что наиболее полный развернутый вариант

технологии очистки включает в себя следующие операции по очистке и обработке воды - первичную седиментацию, коагуляцию, повторную седиментацию, флотацию, фильтрование и адсорбцию; предложена схема дооборудования седиментационных емкостей, которые позволяют в одном очистном устройстве осуществлять два процесса очистки - седиментацию и абсорбцию; дано описание плавучего сооружения для сбора и переработки смеси воды и нефти, возникающей при аварийных разливах.

4.4 Оптимизации параметров устройств для очистки нефтеводяной смеси седиментацией

Опыт проектирования и эксплуатации седиментационных устройств для очистки воды, промышленных стоков описан во многих исследовательских работах, например в [77, 84-86]. В основном этот опыт

относится к сооружениям для очистки сточной воды городов и населенных пунктов, которые характеризуются большой производительностью. Очистка нефтесодержащей воды, образующейся при ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, осуществляется на

локальных очистных сооружениях с небольшой производительностью очистки, проектирование и эксплуатация которых имеет свои специфические особенности. Например, очистные сооружения могут быть установлены на плавучих [82] или на автотранспортных средствах.

Процесс очистки седиментацией основан на выделении частиц нефти или нефтепродуктов из объема очищаемой воды под действием силы тяжести - Gт и Архимеда силы - А. Результирующая этих сил - сила F, равная векторной сумме этих сил, будет определять направление движения частицы примесей. Кроме силы F на движущуюся частицу будет

действовать еще сила сопротивления воды S, равная для частиц исследуемого процесса [87]

S(t) = −k1ν (t).

где k1 - коэффициенты пропорциональности.

Основным параметром, характеризующим процесс выделения примесей из объема очищаемой воды, является скорость движения частиц примесей ν. Эту скорость можно определить аналитически или экспериментально.

Известны следующие выражения для расчета скорости движения частиц примесей, которые вытекают из анализа уравнения движения этих частиц [85,87]

m ddtν = −kν + πd6 3 g ρ,

где т - масса частицы нефтепродуктов; ν - скорость ее движения; k = 3πdη - коэффициент пропорциональности; η - вязкость среды, то есть воды; d - размер частицы нефтепродуктов; Δρ - разность плотностей воды и нефтепродуктов.

Анализ уравнения движения частицы показывает, что независимо от начальной скорости ν0, движение частицы очень быстро становится равномерным с постоянной скоростью vпр:

νпр = С = g( ρ)d 2 ,

α18η

Сучетом направления потока очищаемой воды скорость ν н

движения частиц нефтепродуктов будет равна ν н =ν пр +νв , где ν в -

скорость потока очищаемой воды.

Для горизонтальных прямоточных седиментационных устройств, в которых поток очищаемой воды движется горизонтально, скорость νн

движения частиц нефтепродуктов можно вычислить по формуле

ν н = ν пр2 +ν в2 .

Для вертикальных прямоточных седиментационных устройств, в которых поток направлен вниз (вверх), скорость vн определяется по формулам:

νн = νпр - νв ( νн = νпр+νв).

В основу расчета седиментационных устройств для локальных очистных сооружений может быть положен известный принцип [86, 88], в