Очистка сточных вод нефтеперерабатывающего завода

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Образовательное учреждение

«Московский государственный  технический университет

имени Н.Э. Баумана»

Калужский филиал

Кафедра промышленной экологии

Расчетно-пояснительная  записка

к курсовому проекту  по дисциплине

"Системы защиты  среды обитания"

на тему «Очистка сточных вод нефтеперерабатывающего завода»

Вариант - 8

                                                                         Выполнил: Балашова В.В.

                                                                        Группа:  ЭКД-91                                                 

                                                                                            Принял: Яковлева О.В.

 Калуга, 2009

Задание на курсовой проект

1. Разработать блок - схему очистки сточных вод производства.
2. Обосновать составление схемы канализования предприятия и блок-схему очистки сточных вод.
3. Разработать технологическую схему очистки сточных вод и обработки осадка на основании задания.
4. Рассчитать сооружения очистки сточных вод.
5. Описать применяемые технологические процессы очистки промышленных стоков.
6. Представить выводы на основании выполненного задания.

                                                                                                           Таблица 1

Исходные данные

Предприятие – нефтеперерабатывающий завод.

Производительность предприятия  Q = 13000 м³/сут.

Содержание

                                                                                                   стр.

Введение

Основной функцией нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) является переработка нефти в бензин, авиационный керосин, мазут, дизельное топливо, смазочные масла. Дополнительно на современных НПЗ выделяют из нефти ещё 12—16 компонентов. Производственный цикл НПЗ обычно состоит из подготовки сырья, первичной перегонки нефти, крекинг-процесса, гидроочистки и смешения компонентов готовых нефтепродуктов.

НПЗ относятся  к отрасли промышленности, потребляющей большое количество воды. На современных предприятиях удельный расход сточных вод, сбрасываемых после очистки в водоемы на тонну перерабатываемой нефти, составляет

0,32 – 1,15 м³/т.

Нейтральные нефтесодержащие  сточные воды обычно подвергаются механической и физико-химической очистке для использования их в системе оборотного водоснабжения. Однако опыт эксплуатации действующих сооружений показывает необходимость применения биологической очистки для предотвращения биологических обрастаний и коррозии оборудования оборотных систем. Достаточно эффективным методом очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов является флотация. Для биологической очистки нефтесодержащих сточных вод применяются аэротенки, окислительные пруды.

Не менее важным является вопрос наиболее полного и  рационального использования отходов производства в качестве вторичного сырья и экономичной и безвредной для окружающей среды их ликвидации.

Состав нефтесодержащих  сточных вод характеризуется  сложностью, большим разнообразием и зависит от вида, назначения, технологии производства.

Поэтому очистка  нефтесодержащих сточных вод, особенно мелких и средних предприятий, дающих в сумме огромное количество стоков, трудно поддающихся обработке обычными способами, - актуальная задача [1].

I. Обоснование схемы канализования предприятия и

блок-схемы очистки  сточных вод

1.1. Описание схемы  канализования предприятия

Отведение сточных вод (СВ) с территории промышленного предприятия  осуществляется по раздельной системе канализации. На предприятии нефтеперерабатывающего завода образуется 3 вида  вод:

 1)    производственные  – использованные в технологическом процессе, не отвечающие более требованиям, которые предъявляются этим процессом к их качеству, и подлежащие удалению с территории предприятия;

2) бытовые – от санитарных  узлов производственных и непроизводственных  корпусов и зданий, от столовых  и от других установок, имеющихся  на территории предприятия, а также хозяйственные воды, образующиеся при мытье помещений;

3)     ливневые  – образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков (получающиеся от таяния льда и снега). Отличительной особенностью являются эпизодичность и резкая неравномерность.        

Производственные сточные  воды очищают на заводских очистных сооружениях, после чего очищенные воды сбрасываются в водоем.

Ливневые воды отправляются на городские очистные сооружения, очищенная вода сбрасывается в водоем [2].

1.2. Описание блок-схемы  очистки сточных вод

Сточные воды НПЗ содержат большое количество нефтепродуктов (в концентрации 500мг/л), взвешенных веществ (в концентрации 2000мг/л), нитритов (0,2 мг/л), NH₄⁺ (0,3мг/л), с БПК= 20 мг/л. Поэтому для очистки этих вод используют, механические, физико-химические и биологические методы. Основой схемы очистки сточных вод НПЗ является, как правило, механическая обработка [3].

Остаточную концентрацию веществ определяем по формуле:

                                             (1.1)

где С₁ – исходная концентрация, мг/л;

       С₂  – остаточная концентрация, мг/л;

       Э –  эффективность очистки, %.

Так сточные воды большое  количество нефтепродуктов и взвешенных веществ, направляем эти воды в песколовку. Тип песколовки выбираем в зависимости от расхода сточных вод, исходя из рекомендаций

Таблица 2

Применяемость песколовок в  зависимости от расхода СВ

Так как в нашем случае расход сточных вод составляет 13000 м³/сут, то выбираем горизонтальную песколовку. Это сооружение очищает СВ от крупнодисперсных взвешенных веществ, от нефтепродуктов и снижает БПК .

Эффективности очистки составляют: по нефтепродуктам - 25%, по взвешенным веществам - 80%, по БПК - 20%. Таким образом, после горизонтальной песколовки концентрации составят:

Нефтепродукты: С₂ = 500 – 125 = 375 мг/л,

Взвешенные вещества: С₂ = 2000 – 1600 = 400 мг/л,

БПК: С₂ = 20 – 4 = 16 мг/л.

Так как в сточной воде содержатся нефтепродукты целесообразно  поставить нефтеловушку. Эффективности  очистки составляют: по нефтепродуктам - 90%, по взвешенным веществам - 60%, по БПК - 20%.

Нефтепродукты: С₂ = 375-337,5 = 37,5 мг/л,

Взвешенные вещества: С₂ = 400-240 = 160 мг/л,

БПК: С₂ = 16-3,2 = 12,8 мг/л.

Далее СВ направляем в  реагентный напорный флотатор, который очищает воду главным образом от эмульгированных нефтепродуктов.

Эффективности очистки в  радиальном флотаторе составляют: по нефтепродуктам - 80%, по взвешенным веществам - 80%, по БПК - 20%.

Нефтепродукты: С₂ = 37,5-30 = 7,5 мг/л,

Взвешенные вещества: С₂ = 160-92 = 68 мг/л,

БПК: С₂ = 12,8-2,6 = 10,24 мг/л.

Так как в воде содержатся химические загрязнения (нитриты), концентрация которых превышает предельно-допустимую, то направляем сточную воду на биологическую очистку в биофильтр, который прекрасно снижает концентрацию нитритов.

Эффективности очистки в  биофильтре составляют: по нефтепродуктам - 90%, по взвешенным веществам - 90%, по БПК - 40% . Полностью удаляются запах, нитриты, NH₄.

Нефтепродукты: С₂ = 7,5-6,75=0,75 мг/л,

Взвешенные вещества: С₂ = 68-61,2=6,8 мг/л,

БПК: С₂ = 10,24-4,096=6,144 мг/л,

Нитриты: не обнаружено,

NH₄⁺: не обнаружено,

Запах: не обнаружено.

Значительное  снижение содержание примесей в биологически очищенной  сточной воде  достигается при  фильтровании ее через фильтр с песчаной загрузкой.

Эффективности очистки в  фильтре составляют: по нефтепродуктам - 90%, по взвешенным веществам - 90%, по БПК - 70%.

Нефтепродукты: С₂ = 0,75-0,675=0,075 мг/л,

Взвешенные вещества: С₂ = 6,8-6,12=0,68 мг/л,

БПК: С₂ = 6,144-4,304=1,84 мг/л,

Нитриты: не обнаружено,

NH₄⁺: не обнаружено,

Запах: не обнаружено.

После фильтра получаем достаточно чистую воду .

Обобщенные данные эффективности  очистки СВ по данной схеме представлены в табл. 3.

Таблица 3

Сводная таблица эффективности  очистки для НПЗ

II. Описание технологической схемы

2.1.Горизонтальная песколовка

Рис. 2.1.  Горизонтальная песколовка:

1 –лоток сбора; 2 – гидроэлеватор; 3 –лоток сбора осветленной воды; 4 – скребковый механизм; 5 – приямок сбора осадка; 6 – перегородка

Песколовки предназначены  для выделения из сточных вод  тяжелых минеральных примесей (главным образом песка). Песколовки следует предусматривать при расходе сточных вод более 100 м³/сутки.

Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Обычно в песколовках задерживают  песок с гидравлической крупностью 24,2мм/с и более, составляющий около 65% всего количества, содержащегося  в сточных водах.

Горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды представляют собой удлиненные прямоугольные  в плане резервуары из сборных железобетонных элементов унифицированных размеров.

 Осевший на дно песколовки с прямолинейным движением воды песок сдвигается к приямку, расположенному в начале сооружения, скребками при этом происходит частичная отмывка песка. Из приямка песок удаляют при помощи гидроэлеватора.

Для уменьшения влажности  осадка, а, следовательно, и общего его объема горизонтальные песколовки устраивают иногда с дренажем. При очистке песколовка выключается из работы шиберами; вода, насыщающая песок, спускается в колодец, а песок удаляется. При этом влажность осадка снижается до 30%. Объем осадка, выпадающего в песколовке, зависит от многих факторов: от системы канализации, протяженности сети, ее уклонов, условий эксплуатации канализации, состава производственных вод, поступающих в канализацию, и пр. Осадок удаляют (в зависимости от конструкции и размеров песколовки) ковшами, гидроэлеваторами, песковыми насосами и применяют гидромеханическую систему выгрузки песка из песколовок. Объем песка, задержанного в песколовках, замеряется при выгрузке [5].

2.2. Нефтеловушка

Нефтеловушки предназначаются  для очистки нефтесодержащих  сточных вод от основной массы  нефти и нефтепродуктов, твердых  механических примесей.

Для обеспечения бесперебойной  работы нефтеловушка должна иметь не менее двух параллельно работающих секций. Она оборудуется нефтесборными  трубами и скребковыми транспортерами для сгона всплывающих нефтепродуктов и сдвига осадка в приямок. Частота  включения скребкового механизма  должна быть такой, чтобы толщина  слоя накопившихся нефтепродуктов не превышала высоты бруса скребкового  транспортера (100мм), но не реже 1 раза в  смену. Удаление осадка их приямка осуществляется гидроэлеватором.

Эксплуатация нефтеловушек сводится к равномерному распределению  воды по секциям, своевременному удалению осадка и всплывающих нефтепродуктов, постоянному контролю за качеством очистки сточных вод [6].

2.3. Флотатор

При флотации извлечение эмульгированных  нефтепродуктов осуществляется пузырьками воздуха или смеси углеводородных газов, введенных в воду разными  способами. Обычно прилипание частиц воздуха или другого газа к извлекаемой какого-либо вида частице обусловлено неполным смачиванием последней водой, т.е. ее гидрофобностью. Чем выше гидрофобность извлекаемых примесей, тем больше вероятность их закрепления на пузырьках воздуха. В связи с этим флотационная очистка сточных вод технологически и экономически эффективна при извлечении примесей, обладающих природной гидрофобностью таких, как нефть, нефтепродукты. Принцип работы радиального флотатора состоит в следующем. Сточная вода, насыщенная воздухом, поступает на очистку по трубопроводу и распределяется по отстойнику через водораспределитель, образованный коаксиально расположенными трубами с козырьками. Взвешенные частицы выпадают на дно отстойника и скребками направляются в трубопровод, через который они удаляются. Скребки крепятся на раме, приводимой во вращение приводным механизмом. Приводной механизм состоит из электродвигателя с редуктором открытой зубчатой передачи [5].

Одна из шестерен открытой передачи насажена на вал, в конце  которого имеется колесо, покрытое резиной. Все агрегаты приводного механизма устанавливаются на раме, которая крепится к ходовому мосту. На противоположном конце моста расположены поддерживающие катки, вращение ходового моста через тяги передается на нижнюю часть рамы со скребками. Нефтепродукты со скребками, укрепленными на ходовом мосту, сгребаются к нефтесборной трубе и далее по трубопроводам удаляются из отстойной части. Очищенные сточные воды собираются в кольцевом канале и по трубопроводам удаляются из флотатора. В результате применения радиального флотатора, совмещающего в себе также и функции отстойника, значительно снижаются капитальные затраты, а также эксплуатационные расходы.

2.4. Биофильтр

Биофильтры представляют собой сооружения, где процесс  биологической очистки сточных вод протекает в искусственно созданных условиях. Осветленная вода самотеком поступает в распределительные устройства, которые периодически напускают воду на поверхность биофильтра. Профильтрованная вода проходит через отверстия в дырчатом дне (дренаже), поступает на сплошное непроницаемое днище, с которого стекает по отводным лоткам, расположенным за пределами биофильтра. Проходя через фильтрующую загрузку биофильтра, загрязненная вода вследствие адсорбции оставляет в ней взвешенные и коллоидные органические вещества, которые создают биопленку, густо заселенную микроорганизмами. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества и получают необходимую для своей жизнедеятельности энергию. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества. Биофильтры содержат материал грубой загрузки: щебень, шлак, гравий высотой 1 – 3м. Наряду с вентилируемыми полостями биофильтра имеются и такие, которые зарастают. В этих случаях работа протекает по анаэробному механизму. Возможно заражение пленки биофильтра патогенными бактериями. По этой причине биофильтры подвергаются дезинфекции. Изготовление биофильтра высотой 2 – 3м преследует цель избежать прорыв биопленки. В том случае, когда это наблюдается, вода из фильтра выходит недоочищенная [4] .

2.5. Песчаный фильтр

Песчаные фильтры получили широкое распространение при  фильтровании воды. Фильтры применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных частиц, которые не удалось удалить отстаиванием, после механической, химической, физико-химической очистки. А также для доочистки сточных вод после биологической очистки, для задержания тонкодиспергированных частиц активного ила, которые сорбируют на своей поверхности органические загрязнения сточных вод.

Фильтр загрязняется значительно  быстро. Его промывают 2 раза в сутки  профильтрованной водой под необходимым напором. Промывка осуществляется током воды снизу вверх. Расход промывной воды обычно не превосходит 2,5% объема отфильтрованной воды. Двигаясь с большой скоростью и значительным гидродинамическим давлением через фильтрующий материал снизу вверх, вода расширяет его и взвешивает. Зерна фильтрующего материала ударяются друг о друга, налипшие загрязнения попадают в промывочную воду, которая переливается через кромки железобетонных желобов  и отводятся . Для удаления слоя  активного ила, образующегося на поверхности загрузки, и ее взрыхления перед обычной промывкой, возможно использовать механизм поверхностной промывки.

Осветляемая вода по трубопроводу 1 поступает в карман 2 фильтра  и далее через желоба 3 заполняет фильтр. Профильтровавшаяся через слой песка 4 и поддерживающие слои 5 вода собирается дырчатыми ответвлениями 6 в коллектор 7 и далее по трубопроводу 9 отводится в общий трубопровод фильтрованной воды.

 При промывке фильтра  промывная вода подаётся по  трубопроводу 10. После промывки песка  вода собирается в желоба, по  ним поступает в карман фильтра  и далее по трубопроводу 8 сливается [4].

Рис. 2.5. Песчаный фильтр

1 - подача СВ; 2 - боковой  карман фильтра; 3 – водораспределительные  желоба; 4 – слой загрузки песком; 5 - поддерживающий слой гравия;              6 - дырчатые ответвления; 7- коллектор; 8 – трубопровод отвода промывной  воды; 9 – трубопровод отвода осветленной воды; 10 - трубопровод подачи промывной воды.

2.6. Сооружения обработки осадков

производственных    сточных вод

В процессе очистки производственных сточных вод, как правило, образуются осадки, различные по химическому  составу и физическим свойствам. Конечная цель обработки осадков сточных вод состоит в превращении их путем проведения ряда последовательных технологических операций в безвредный продукт, не вызывающий загрязнения окружающей природной среды. При этом ценные компоненты, содержащиеся в осадке, должны быть максимально утилизированы.

Осадки могут быть утилизированы  в основном технологическом производстве, в сельском хозяйстве, производстве строительных материалов и т.д.

К осадкам относятся все  примеси, задержанные главным образом  песколовками, флотационными, фильтрационными и другими сооружениями, т.е. после механической, физико-химической и биологической очистки стоков. Объем осадков зависит от вида обрабатываемых стоков и принятого метода очистки. Так, при совместной очистке производственных сточных вод объем образующихся осадков обычно не превышает 0,5 - 2% объема очищенной воды. При локальной очистке производственных сточных вод, особенно с применением химических реагентов, количество образующихся осадков может достигать 10 - 40% расхода сточных вод .

Проблема обезвреживания и утилизации осадков является наиболее сложной, а технология обработки - наиболее разработанной. Цель обработки осадков сточных вод как в утилизации ценных компонентов, содержащихся в осадках, так и в превращении их в безвредный продукт, не вызывающий загрязнений окружающей среды.

Типовые процессы, применяемые  для обработки осадков:

• уплотнение (сгущение) - гравитационное, флотационное, центробежное, фильтрационное и т.д.;
• стабилизация (предотвращение загнивания осадка) - высушивание, минерализация с помощью химических реагентов (окислителей, щелочей, ингибиторов и т.д.);
• кондиционирование (способствующее лучшему обезвоживанию) - реагентная обработка, тепловая, жидкофазное окисление и т.д.;
• обезвоживание - естественное на иловых площадках, искусственное - на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах, центрифугах и т.д., термическое;
• утилизация - выделение ценных компонентов для повторного использования или использования в смеси с другими компонентами в качестве топлива, удобрения, стройматериалов;

- ликвидация - вывоз на  свалку, закачка в пустые породы, сжигание на свалке и в печах.  Схема на рис.2.6. объединяет эти процессы, но в каждом конкретном случае технология обработки осадков может быть одним из вариантов, включающих те или иные вышеупомянутые стадии [5].

Рис.2.6. Схема типовых процессов, применяемых для обработки осадков производственных стоков.

В процессе очистки нефтесодержащих  сточных вод выделяются:

-нефть и нефтепродукты, уловленные в нефтеловушках и других очистных сооружениях;

• нефтесодержащий шлам (нефтяной шлам), уловленный в сооружениях механической и физико-химической очистки сточных вод;
• избыточный активный ил биологических очистных сооружений.

Нефтешлам обычно содержит 5-10% механических примесей, до 20% - нефтепродуктов, до 70 - 75% воды.

Механические примеси, всегда присутствующие в нефтесодержащих  сточных водах, обволакиваются нефтепродуктами и образуют нефтяной шлам, выпадающий в осадок на очистных сооружениях (песколовках, нефтеловушках и в сооружениях систем оборотного водоснабжения). Одновременно осаждаются и тяжелые нефтепродукты, плотность которых превышает плотность воды. Основными источниками образования нефтяного шлама являются нефтеловушки и флотаторы.

Для сжигания образующегося  шлама необходимо подвергнуть его  предварительной обработке одним из физико-химических методов (фильтрованию, центрифугированию, гравитационному отстаиванию) с целью увеличения водоотдачи и сокращения объема. Выбираем для этих целей центрифугу.

Изучение методов утилизации нефтяного шлама показало, что  полностью выделить из него нефтепродукты не удается. Это к тому же нерентабельно. Оставшаяся после обработки твердая фаза содержит до 3-5% нефтепродуктов, поэтому часто нефтешлам после обезвоживания сжигают в печах. Это могут быть камерные, циклонные, многоподовые, распылительные, а также печи с псевдоожиженным слоем. Тип печи выбирают на основании технико-экономических расчетов.

Для сжигания осадков производственных стоков довольно широкое распространение получили многоподовые печи.  Исследование состава осадка сточных вод НПЗ показало, что в нем достаточное количество горючей массы, которая может быть использована в виде топлива.

Выбор оптимальной технологической  схемы обработки осадков зависит  от многих факторов: свойств осадков, их количества, наличия площадей и других, т.е. необходимо тщательное технико-экономическое обоснование. Сложность при выборе схемы обработки осадков обусловлена отсутствием свободных площадей, недостаточным выпуском необходимого оборудования и реагентов, высокой трудоемкостью и энергоемкостью технологических процессов.

2.6.1. Напорный гидроциклон

Напорный гидроциклон  представляет собой аппарат, состоящий  из цилиндрической части с примыкающей к ней снизу широким основанием конической части.

В напорном гидроциклоне струя  обрабатываемой жидкости поступает  под давлением через тангенциально направленный патрубок в цилиндрическую часть и получает вращательное движение. Двигаясь далее по винтовой спирали вдоль наружной стенки аппарата, она направляется в его коническую часть. Здесь основной поток изменяет направление движения и перемещается к центральной части аппарата. Более тяжелые взвешенные частицы, содержащиеся в сточной воде, перемещаются от оси гидроциклона к его стенкам по спиральной траектории вниз и через шламовую насадку отводятся из гидроциклона. Более легкие взвешенные вещества движутся во внутреннем спиральном потоке, направленном вверх, и отводятся из гидроциклона через сливной патрубок. Поток осветленной воды в центральной зоне аппарата движется по цилиндрической спирали вверх к сливной насадке. Вращательное движение жидкости в гидроциклоне обусловлено энергией потока.