Нефтеловушка для очистки сточных вод от нефтепродуктов

ГОУ ВПО «Казанский технический университет им. А.Н.Туполева»

Кафедра общей химии и экологии

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

на тему

«Нефтеловушка для очистки сточных вод от нефтепродуктов»

                                                                           Выполнила студентка

                                                            группы 3572

                                                               Гилязова А.Ф.

                                                                               научный руководитель:

                                                              доцент, к.п.н.

                                                                 Шамкаева А.И.

Казань 2011

Содержание

Введение

Глава 1 Сточные воды

1.1. Источники образования сточных вод              ……..5

1.2. Показатели качества сточных вод              6

Глава 2 Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов

2.1. Механические методы очистки сточных вод              10

2.2. Аппараты              12

2.3. Нефтеловушка              18

Глава 3 Петентно-реферативный поиск. Расчетная графическая часть

3.1. Патентно-реферативный поиск              25

3.2. Расчетно-графическая часть              30

Выводы              38

Литература              39

Введение

ОАО «Нижнекамскшина» имеет единую замкнутую систему оборотного водоснабжения. Специфика шинного производства такова, что основное количество воды, используемой на технические нужды, применяется для охлаждения оборудования и полуфабрикатов. Для нужд вулканизации используются очищенные промышленные ливневые сточные воды. В составе ливневых сточных вод много песка, глины, мусора, нефтепродуктов, смываемых с улиц завода. Ливневые воды с территории предприятия также могут содержать специфические примеси, характерные для шинного производства.

Механическая очистка применяется для выделения из сточных вод нерастворимых минеральных и органических примесей. Обычно механическая очистка предшествует биологическому, физико-химическому или другому методу глубокой очистки. Чаще всего механическая очистка является предварительным, реже – окончательным этапом для очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ до 90-95% и снижение органических загрязнений (по показателю БПК ) до 20-25%. Стандартная схема очистки на современных очистных станциях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования.

Для очистки производственных сточных вод, содержащих всплывающие грубодиспергированные примеси при концентрации свыше 100 мг/л, применяются специализированные отстойные сооружения, называемые нефтеловушками. Нефтеловушки представляют собой прямоугольные резервуары, в которых нефть и вода разделяются из-за разности плотностей, причем нефть всплывает на поверхность, собирается и утилизируется. Эффективность очистки сточных вод достигает 85%, в зависимости от вида нефтеловушки. Проектируются горизонтальные, многоярусные (тонкослойные) и радиальные нефтеловушки.

Цель проекта: рассмотреть аппараты  для очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов. Выполнить расчет и чертежи нефтеловушки для очистки сточных вод.

Глава 1

Сточные воды

1.1    Источники образования сточных вод

Сточной водой называется использованная на бытовые или производственные нужды вода, получившая  при этом загрязнения, изменившие ее первоначальный химический состав или физические свойства, и подлежащая удалению с территории промышленного предприятия.

В зависимости от происхождения, вида и качественной характеристики примесей сточные воды подразделяют на три основные категории: бытовые, производственные и атмосферные.

К бытовым относятся воды от кухонь и туалетных комнат, бань и прачечных, от мытья помещений и от бытовых помещений промышленных предприятий. Основную часть органических загрязнений бытовых сточных вод составляют белковые вещества, жиры, углеводы и продукты их разложения. Неорганическую часть загрязнений составляют соли, присущие питьевой воде и образующиеся в процессе обменных реакций в организме человека. В частности, к продуктам обмена веществ относятся фосфаты и аммонийные соли. К неорганическим примесям сточных вод относятся также песок глинистые частицы, попадающие в бытовые воды от мытья овощей и фруктов, уборки помещений. Загрязнения органической природы составляют 45-58% общей массы загрязнений бытовых сточных вод.

К производственным сточным водам относят воды, образовавшиеся при проведении различных технологических процессов, а также вода, прошедшая через загрязненную территорию промышленных предприятий и не пригодная для вторичного использования. Вода, используемая в технологических процессах, загрязняется в результате протекания различных химических реакций, при промывке сырья, продуктов и оборудования, а также при охлаждении последнего. Кроме того, источниками сточных вод являются маточные водные растворы, водные экстракты, адсорбенты, выделяющиеся из сырья при проведении технологических процессов.

Производственные сточные воды можно разделить на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Загрязненные сточные воды делят на три группы: загрязненные преимущественно органическими примесями, загрязненные преимущественно минеральными примесями и загрязненные смесью этих примесей. Количество и состав производственных сточных вод зависит от ряда факторов: технологического процесса, режимов его поведения, состава сырья, промежуточных изделий и продуктов, выпускаемой продукции, состава исходной свежей воды и др [1].

В качестве примера рассмотрим состав сточных вод предприятия ОАО «Нижнекамскшина». Разнообразие состава и характера загрязнений производственных сточных вод обусловливает применение для их очистки различных методов.

Таблица 1

Состав сточных вод ОАО «Нижнекамскшина»

Ливневые воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков. К ним относятся также талые воды, образующиеся при таянии льда и снега. Отличительной чертой ливневого стока является его эпизодичность и резкая неравномерность по расходу и качеству воды. Воды от поливки улиц, от фонтанов и дренажей по качественной характеристике загрязнений близки к ливневым и удаляются вместе с ними. В их составе много песка, глины, мусора, нефтепродуктов, смываемых с улиц города. Ливневые воды с территории промышленных предприятий могут содержать специфические примеси, характерные для того или иного производства [1].

1.2    Показатели качества сточных вод

Температура. Кроме влияния на процессы осаждения температура является также важным технологическим параметром биологических процессов очистки, так как от нее зависят скорость биохимических реакций и растворимость в воде кислорода, необходимого для жизнедеятельности микроорганизмов. Измеряют температуру термометром с делениями до 0,1С с точностью 0,5С.

Окраска. Бытовые сточные воды, как правило, окрашены слабо. Интенсивная окраска показывает наличие производственных сточных вод, особенно от предприятий легкой промышленности, где в большом количестве используются разнообразные красители. Окраска определяется в фильтрованных пробах в цилиндрах из бесцветного стекла и описывается на основе визуального наблюдения: розовая, слабо-желтая, буроватая и т.п. Интенсивность окраски характеризуют степенью разбавления исследуемой воды дистиллированной, при которой окраска исчезает.

Запах бытовых стоков довольно характерен и представляет собой смесь запахов фекалий и разложений органических веществ. Запах производственных стоков весьма разнообразен и зависит от вида производства. Определяют сначала характер запаха, затем по пятибалльной системе оценивают его интенсивность.

Реакция среды. Сточные воды, сбрасываемые в систему водоотведения города, должны иметь рН в пределах 6,5-8,5. требование обусловлено тем, что кислые и щелочные сточные воды разрушающе действуют на материал коллекторов и могут нарушать биохимические процессы очистки сточных вод.

Сухой остаток сточных вод определяют из натуральной (нефильтрованной) пробы, поэтому он является показателем суммарного содержания загрязнений во всех агрегатных состояниях.

Взвешенные вещества – одна из важнейших характеристик состава сточных вод. Этот показатель используется для расчета первичных отстойников и для определения количества образующихся осадков. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах составляет 100-500 мг/л.

Нефтепродукты представляют собой чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь компонентов, основными из которых являются углеводороды (алифатические, нафтеновые, ароматические) и окисленные  гетероциклические соединения – смолы и асфальтены (смолистые компоненты). Указанные компоненты нефти обладают разными устойчивостью, опасностью для экосистемы и физико-химическими свойствами, определяющими особенности их поведения в водном объекте. Концентрация нефтепродуктов составляет 1мг/л.

Химическая потребность в кислороде (ХПК). Химическую окисляемость определяют с использованием в качестве окислителей бихромата калия (бихроматная окисляемость) или йодата калия (йодатная окисляемость), то есть оценивается количество кислорода, необходимое для окисления примесей воды, для перевода С в СО, Н в НО. Различают ХПК теоретическую, вычисляемую по стехиометрическому уравнению окисления, и экспериментальную, определяемую с использованием бихромата и йодата калия. Экспериментальная ХПК часто меньше теоретической, поскольку ряд органических веществ (красители, СПАВ и др.) либо вовсе не окисляются бихроматом и йодатом в условиях определения, либо окисляются не до конца.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК). Окисление осуществляют аэробные гетеротрофные бактерии. В результате жизнедеятельности бактерий сточная вода очищается от исходных органических примесей, однако в ней остаются некоторые органические вещества, малодоступные или совсем недоступные бактериям для усвоения, и, кроме того, вода получает новые загрязнения – органические и неорганические – метаболиты. БПК- суммарное потребление кислорода бактериями на получение энергии, и синтез клеточного вещества. Экспериментально БПК определяют по появлению следов нитритов нитратов. Для получения БПК требуется длительный период инкубации, продолжительность которого зависит от характера исследуемых примесей, концентрации бактерий, степени их адаптации. Обычно он больше 5 сут и может доходить до 30-40 сут. Поскольку вести оперативный контроль за работой сооружений, получая результаты анализов через 8-15 дней, крайне неудобно, то выполняют определение БПК, которая принята в качестве стандартной характеристики почти во всем мире. БПК- объективная величина, характеризующая степень загрязнения воды. В то же время БПК лишь неопределенная часть БПК, зависящая от характера окисляемых веществ и условий инкубации пробы. Применение биологических методов целесообразно при БПК/ХПК≥0,5.

Соединения азота и фосфора. При анализе сточных вод определяют азот общий, аммонийный, нитритный, нитратный. Показатель азот «общий» определяет содержание в воде органического и неорганического азота. Определению азотных и фосфорных соединений в сточных водах придается большое значение, поскольку они являются важнейшими элементами питания бактерий. Достаточность элементов питания для бактерий в биологических сооружениях определяется отношением основных показателей анализа БПК: N: P, где N-азот в аммонийной форме, P- фосфор в виде растворенных фосфатов. В каждом конкретном случае это соотношение индивидуально, так как оно определяется составом продуцируемых клеток, который, в свою очередь, зависит от состава очищаемой воды.

Сульфаты и хлориды. Концентрация сульфатов  в сточных водах обычно находится на уровне 100-150 мг/л, хлоридов – 150-300 мг/л. В сооружениях аэробной очистки эти показатели не претерпевают каких-либо изменений, и их количество не имеет существенного значения, если общее солесодержание не превышает установленного предела. Концентрацию хлоридов важно знать при определении ХПК, так как хлориды окисляются бихроматом калия до молекулярного хлора. Поэтому при концентрации хлоридов более 200 мг/л требуется их предварительное осаждение или введение поправки к результату анализа ХПК.

Синтетические поверхностно-активные вещества СПАВ – группа химических соединений, присутствие которых в сточных водах особенно угрожает состоянию водоприемника и резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений. Появляются, СПАВ в сточных водах в результате широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов. Большинство СПАВ – органические вещества, состоящие из двух частей: гидрофобной и гидрофильной. Присутствие СПАВ в сточных водах снижает способность взвешенных веществ к оседанию, тормозит биохимические процессы, способствует возникновению пены в сооружениях и водоемах. Вне зависимости от типа СПАВ рассматривают в трех категориях по отношению к степени биохимической окисляемости этих веществ: «мягких» СПАВ – с удалением и окислением в биологических сооружениях 75-85%, «промежуточных» - 60% и «жестких» - менее 60%. Нормами предусматривается, что на сооружения биологической очистки может поступать вода с содержанием «мягких» и «промежуточных» СПАВ не более 10-20 мг/л; сброс в канализацию «жестких» СПАВ не допускается.

Растворенный кислород. В загрязненных сточных водах либо растворенного кислорода не бывает совсем, либо его концентрация не превышает 0,5-1мг/л. Определение количества растворенного кислорода имеет смысл при характеристике очищенных сточных вод и оценке степени насыщения, растворенным кислородом биоокислителя. Минимальное содержание кислорода для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов составляет 2 мг/л. Очищенные сточные воды, выпускаемые в водоем, обычно содержат 4-8 мг/л растворенного кислорода.

Токсичные вещества. К группе токсичных элементов относятся тяжелые металлы: железо, никель, медь, свинец и цинк, а также мышьяк, сурьма, бор, алюминий, хром. Особенно важно контролировать содержание этих элементов в производственных сточных водах поступающих на сооружения биологической очистки. Предельно допустимые концентрации (ПДК) этих элементов очень низки. Так, для свинца ПДК для сооружений аэробной очистки составляет 1мг/л, а для меди – 0,5 мг/л [1].

Глава 2

Механические методы очистки сточных вод

2.1. Основная схема механической очистки производственных сточных вод

Механическая очистка применяется для выделения из сточных вод нерастворимых минеральных и органических примесей. Обычно механическая очистка предшествует биологическому, физико-химическому или другому методу глубокой очистки. Чаще всего механическая очистка является предварительным, реже – окончательным этапом для очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает выделение взвешенных веществ до 90-95% и снижение органических загрязнений (по показателю БПК ) до 20-25%. Стандартная схема очистки на современных очистных станциях состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования.

В ряде случаев возможно применение и других устройств, таких как преаэраторы, биокоагуляторы, осветлители, нефтеловушки и смолоотстойники, гидроциклоны. Для очистки сточных вод от мелкодисперсных загрязнений применяют осадительные центрифуги и жидкостные сепараторы.

С целью обеспечения надежной работы сооружений механической очистки производственных сточных вод рекомендуется применять не менее двух рабочих единиц основного технологического оборудования – решеток, песколовок, усреднителей, отстойников или фильтров.

На рис. 1 представлена схема механической очистки производственных сточных вод со следующим составом основных сооружений: решетки 1 для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения, песколовки 3 для выделения тяжелых минеральных примесей (главным образом, песка), усреднители 5 расхода сточных вод и концентрации загрязняющих их веществ, нефтеловушки 6 для разделения нефти и воды за счет разности плотностей, отстойники или отстойники-осветлители 7 для выделения нерастворимых примесей, фильтры 8 для более полного осветления воды и сооружения для обработки осадка.   

Сточная вода

                            отходы

              Воздух                                                                              

Рис.1. Схема механической очистки производственных сточных вод:

1 – решетки механические с отдельными дробилками; 2 – приемная камера; 3 – песколовки; 4 – водоизмерительное устройство (лоток Вентури); 5 – усреднители; 6 – нефтеловушка; 7 – отстойники; 8 – барабанные сетки и каркасно-засыпные фильтры; 9 – насосная станция.

При необходимости предусматривается охлаждение механически очищенной сточной воды в градирнях [2].

2.2. Аппараты для механической очистки производственных сточных вод

Процеживание – первичная стадия обработки сточных вод для извлечения из них крупных нерастворимых примесей, а также волокнистых фракций, которые препятствуют нормальной работы очистительных сооружений. Для этого сточные воды, перед отстойниками, пропускают через решетки (сита) и волокноуловители (рис 2).

Решетки могут быть неподвижными, подвижными, а также со­вмещенными с дробилками. Наиболее распространены неподвиж­ные решетки, которые изготовляют из металлических стержней с зазором между ними 5...25 мм и устанавливают на пути движения сточного потока вертикально или под углом 60...70° к горизонту. При эксплуатации решетки должны периодически или непрерыв­но очищаться. Механизированная очистка решеток предусмат­ривается при более чем 0,004 м3/ч задерживаемых загрязнений, а при меньших объемах допускается ручная очистка. Во избежание очистки решеток такие устройства созда­ны в форме цилиндриче­ского барабана. Сред­ний размер измельчен­ных ими примесей не превышает 10 мм. Пре­имущество решеток-дро­билок заключается в том, что они размеща­ются непосредственно в канале коллектора. Для удаления более мелких взвесей, а также ценных продуктов применяют различные сита. Для задерживания волокнистых примесей применяют конусообразные диски с перфорацией или специальные фильтры.

Для задержания и измельчения загрязнений непосредственно в потоке сточной воды без извлечения их на поверхность применяют решетки-дробилки (типа РД).

Песколовки. Отстаивание – это осаждение взвешенных частиц под воздействием гравитационных сил. Отстаивание осуществляется в песколовках и отстойниках. Песколовки устанавливаются перед отстойниками, для выделения тяжелых минеральных примесей (песка), что упрощает эксплуатацию отстойников и сооружений по обработке осадка. Время пребывания воды в песколовках составляет 0,5-2 мин. Обезвоженный песок можно использовать в качестве строительного материала.

Песколовки устанавливают на очистных сооружениях для задержания минеральных частиц крупностью свыше 0,2-0,25 мм при пропускной способности очистных станций более 100 м3/сут. Наибольшее применение находят песколовки:

- с горизонтальным прямолинейным движением воды;

- горизонтальные с круговым движением воды;

- круглой формы с подводом воды по касательной;

- аэрируемые.

Горизонтальные и аэрируемые песколовки используют при расходах более 10 тыс. м3/сут.  Конструктивной разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды. Они имеют круглую форму в плане. Их рекомендуется применить при сравнительно небольших расходах — до 70 тыс. м3/сут. Тангенциальные песколовки также имеют круглую форму в плане, и они рекомендуются при небольших расходах — до 50 тыс. м3/сут. Вертикальные песколовки велики по размеру и работают неэффективно, поэтому они находят применение в исключительных случаях — при соответствующем обосновании.

На рис. 3 приведена схема горизонтальной песколовки. Глубина ее обычно выбирается в пределах 0,25—1 м, скорость движения жидкости в песколовке составляет 0,15-0,3 м/с, а время пребывания — не менее 30 с. Скорость осаждения частиц в песколовке в основном зависит от их гидравлической крупности и которая зависит от размера частиц.

Аэрируемые песколовки выполняются в виде горизонтальных резервуаров и выполняют две функции – песколовки и флотатора. Вдоль одной из стенок на расстоянии 45-60 мм от дна по всей длине песколовки устанавливают аэраторы из дырчатых труб с отверстиями 3-5 мм, а под ними устраивают лоток для сбора песка. В поперечном сечении днищу придают уклон 0,2-0,4 к песковому лотку для сползания в него песка. Скорость движения воды составляет 0,08-0,12 м/с. Для удаления песка в горизонтальных песколовках используют гидрослив. Выпуск воды – затопленный. На рис. 4 приведена схема аэрируемой песколовки.

Песколовка с круговым движением воды (рис. 5) представляет собой круглый резервуар 1 с коническим днищем 3. Внутри резервуара расположены цилиндр с усеченным конусом 2, которые с корпусом песколовки образуют кольцевой лоток 5, имеющий в нижней части щелевое отверстие 6 для отвода осадка.

Сточные воды поступают в песколовку по открытому лотку и направляются затем в кольцевой лоток песколовки по тангенциальному вводу. Для поддержания в песколовке постоянного уровня на выходе из нее установлен водослив с широким порогом 8. Всплывающие частицы задерживаются в лотке полупогруженной перегородкой 9, расположенной перед водосливом. далее через специальное отверстие 10 во внутренней стенке кольцевого лотка они направляются в центральную часть песколовки. Накопившиеся всплывающие частицы удаляются из песколовки через погружную воронку 4. Выделенный песок удаляется из песколовки гидроэлеватором 7.

Песколовки с круговым движением воды нашли широкое применение на предприятиях нефтепереработки, так как они совмещают в себе функции песколовки и нефтеловушки.

Отстойники делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный отстойник (рис. 6 а) состоит из входного лотка 1, отстойной камеры 2, выходного лотка 3 и приямка 4. Вертикальный отстойник (рис. 6 в) состоит из цилиндрической части 1, центральной трубы 2, желоб 3 и конической части 4. Последняя модификация вертикальных отстойников – радиальные отстойники (рис. 6 б) состоят из корпуса 1, желоб 2, распределительное устройство 3, успокоительная камера 8 и скребковый механизм 5. Емкость отстойников чаще всего рассчитывается на 1,5ч, во время которого выпадает 40-60% взвешенных веществ. Вертикальные отстойники диаметром 8,5-9м и высотой 3м применяют при расходах 10000 м3/сут. При больших расходах применяют горизонтальные (длина 24-36м, высота 3-4м) или радиальные (диаметр 18-54м) отстойники. Эффективность очистки можно повысить, увеличивая скорость осаждения частиц путем их укрупнения коагуляцией и флокуляцией или уменьшением вязкости воды нагреванием.

Горизонтальные отстойники применяют на станциях очистки сточных вод пропускной способностью более 15 тыс. м3/сут. Наибольшее распространение получили прямоугольные отстойники с иловыми приямками. Отстойники оборудованы скребковыми механизмами, обычно тележечного или ленточного типа, сдвигающими выпавший осадок к иловым приямкам, откуда он удаляется насосами, гидроэлеваторами или другими устройствами. Для удаления легкого осадка (например, активного ила) применяются также передвижные эрлифтные установки, позволяющие равномерно удалять осадок без его сгребания с поверхности днища.

Конструкции впускных и выпускных устройств сточных вод должны обеспечивать равномерное распределение потока по живому сечению отстойника. Обычно впуск воды осуществляется по фронту отстойника через незатопленный водослив с устройством направляющей перегородки в начале отстойника. Для отвода осветленной воды в торце установлены водосборные лотки, перед которыми расположены полупогруженные стенки для задержания всплывающих веществ.

Радиальные отстойники применяют при расходах сточных вод более 20 тыс. м3/сут. Эти отстойники по сравнению с горизонтальными отстойниками имеют некоторые преимущества - простота и надежность эксплуатации, экономичность, возможность строительства сооружений большой производительности. Недостаток — наличие подвижной фермы со скребками.

Для эффективного выделения тонкодисперсных примесей целесообразно применять тонкослойные отстойники. Их малая глубина обеспечивает осветление воды в течение 4—10 мин, что позволяет значительно уменьшить их габариты по сравнению с габаритами отстойников других типов и размещать в закрытых помещениях. Основными преимуществами тонкослойных отстойников, позволяющими изготавливать их на любом предприятии, являются: простота исполнения, доступность материалов для создания разделительных полок, отсутствие необходимости в комплектующем оборудовании. Тонкослойные отстойники представляют собой резервуары глубиной 0,2—0,3 м с полочными или трубчатыми вставками (дренами), расположенными под углом, обеспечивающим естественное сползание осадка к сборнику шлама. Трубчатые отстойники с малым наклоном труб используют при расходе сточной воды 100—10 000 м3/сут. Трубчатые отстойники с крутым углом наклона трубок 45—60° применяют на очистных сооружениях производительностью до 170 тыс. м3/сут.