Совершенствование технологии утилизации нефтесодержащих сточных вод до безопасных концентраций на северных нефтехранилищах - Транспортировка - Статьи журнала
12 мин
121
0

Совершенствование технологии утилизации нефтесодержащих сточных вод до безопасных концентраций на северных нефтехранилищах

Совершенствование технологии утилизации нефтесодержащих сточных вод до безопасных концентраций на северных нефтехранилищах

Большинство известных способов утилизации нефтесодержащих отходов ориентированы на использовании мощного дорогостоящего серийно выпускаемого оборудования, применение бактериальных штаммов здесь действенно в весьма ограниченное время. Специализированные полигоны для захоронения нефтесодержащих отходов находятся на достаточно большом удалении от мест образования отходов. В связи с этим разработка новых технологий обезвреживания и снижения класса опасности нефтесодержащих отходов для нефтехранилищ и нефтебаз распределительного типа, адаптированных к агрессивным климатическим условиям, является актуальной научно-практической задачей. Как решают эту задачу предприятия, расположенные на Крайнем Севере?

Работа Архангельского терминала ООО «РН-Архангельскнефтепродукт» по перевалке нефти и нефтепродуктов с емкостным парком 100 тыс. м3, железнодорожной веткой и сетью сливно-наливных эстакад, включает следующие основные технологические процессы:

-                   слив из железнодорожных цистерн мазута и нефти, требующих предварительного разогрева;

-                   слив светлых нефтепродуктов из железнодорожных цистерн;

-                   закачка нефтепродуктов в танкеры (бункеровка судов).

На территории терминала размещены очистные сооружения (ОС) промливневой канализации, которые предназначены для очистки сточных вод, куда поступают стоки с железнодорожных эстакад, территории резервуарных парков и других технологических площадок. Допустимые концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах регламентируются разрешительной документацией.

Исследования проводились по двум направлениям с целью снизить негативное влияние на процесс очистки железа и улучшить расслоение фаз с более эффективным выходом нефтепродуктовой фракции еще до входа в ОС в парке буферных резервуаров.

Промливневые стоки со всей территории терминала и причала поступают в напорный канализационный колодец КК-72, затем распределяются в пять буферных резервуаров (накопителей): №№200, 201, 202, 204, 205 объемом 5000 м3 каждый (рис. 1).

рис 1.jpg

Отстоявшийся слой нефтепродуктов с водой затем поступает в горизонтальный резервуар РГС 63 №209 и насосами подается в разделочные резервуары РВС 200: №206, №207, №208, где происходит расслоение стоков на нефтепродукт и воду. Нефтяные отходы из разделочных резервуаров собираются, как смесь отработанных нефтепродуктов, и используются для нужд предприятия, а загрязненная вода снова поступает в буферные резервуары.

Технологическая линия очистных сооружений предусматривает очистку сточных вод с использованием биологического, флотационного и фильтрационного процессов, работу канализационной сети с буферными, разделочными резервуарами, насосами канализационной насосной станции (КНС).

Количество сточных вод, поступающих на очистные сооружения, в среднем составляет 1080 м3/сут, и в т.ч.: нефтепродуктов – 0,130 т/сут; взвешенных веществ – 0,081т/сут; ХПК – 1,594 т/сут. Очищенные на объектах ОС сточные воды должны иметь следующие показатели: содержание нефтепродуктов в пробах, отобранных на выходе, не более 0,05 мг/л; взвешенных веществ 0,5…1,0 мг/л; СПАВ порядка 0,1 мг/л; БПК полное до 3,0 мг/л; ХПК до 30 мг/л; рН 7,0…8,0. Это достигается путем использования для их обезвреживания дорогостоящих активированного угля, химреагентов и биопрепаратов. Очищенные воды с ОС терминала сбрасываются в водный объект категории I.

Концентрация железа в различных формах на входе в очистные сооружения не должна превышать 1,0 мг/л. Фактически в промышленных сточных водах на протяжении 2010-2014 годов наблюдалась концентрация железа в различных формах от 4 до 7 мг/л.

Причиной повышения концентрации железа в сточных водах является более частая смена видов и сортов нефтепродукта с последующей зачисткой резервуарного парка, а также «старение» трубопроводов и резервуаров. Гидратированные молекулы оксида железа в воде без подогрева обладают способностью присоединять к себе растворенные нефтепродукты и образовывать большие комплексы, по свойствам схожие с клеем. Такого рода масса, попадая на последнюю ступень очистки – мелкодисперсные сорбционные фильтра, «склеивает» между собой частицы активированного угля, тем самым выводя уголь из рабочего состояния.

Следовательно, фактическое наличие в поступающей сточной воде растворенных и коллоидных форм железа в больших концентрациях оказывает негативное влияние на работу блока очистных сооружений и снижает степень очистки. Концентрация нефтепродуктов на выходе очистных сооружений после угольной фракции составляет 1,68 мг/л, тогда как норматив предполагает 0,05 мг/л. Поэтому для достижения нормативного качества стоков необходимо производить повторную очистку воды, что в свою очередь влечет дополнительные расходы электроэнергии и химических реагентов, которые нужны для обеспечения непрерывной работы очистных сооружений.

Для удаления активных форм железа из сточных вод нами предлагается применять реагенты-окислители в виде перманганата калия и гипохлорита натрия до входа на флотаторы очистных сооружений.

Реагентный метод обезжелезивания с последующей фильтрацией предполагает введение реагентов-окислителей. Наиболее эффективный из них – это гипохлорит натрия или кальция и перманганат калия. Для приготовления рабочего раствора, исходя из данных по растворимости перманганата калия в воде, на 5 кг реактива потребуется 79 л воды. После протекания реакций окисления в модели буферного резервуара, предложенной авторами  концентрация общего железа составляет 0,8-1,0 мг/л (рис. 2.)

рис 1.jpg

Были рассмотрены образцы с трех канализационно-насосных станций терминала (КНС-37, КНС-59, КНС-38), также точка входа в блок очистных сооружений. Реагенты вводились расчетным методом, данные представлены в таблице 1.

рис 1.jpg

Точка введения должна быть максимально приближена к буферным резервуарам и в ней должно происходить смешение и разбавление промышленных вод, при котором пленка нефтепродуктов механически разбивается. Такой точкой является канализационный сборный колодец перед входом в парк буферных резервуаров КК-72 (см. рис.1).

Совместный ввод в обрабатываемую воду перманганата калия и гипохлорита натрия позволяет сэкономить до 80% перманганата калия. Введение перманганата калия перед подачей гипохлорита натрия разрушает органические вещества, вступающие в реакцию с хлором с образованием продуктов с резким запахом, например фенолов.

Для практического применения реагентного метода удаления железа из сточных вод необходимы дополнительные емкости – 2 реагентных бака (объем 150-200 л) из нержавеющей стали для приготовления рабочих растворов. Из баков растворы реагентов насосом-дозатором (производительность 4 м3/час) последовательно (сначала перманганат калия, затем гипохлорит натрия) подаются через трубопровод со стоками в рабочий буферный резервуар, заполненный на 1/3 – 1/2 от общего объема. После осаждения шлам из резервуара удаляется в шламонакопитель в период зачистки. Кратность зачистки определяется по степени загрязненности опытным путем.

Сточные воды нефтехранилищ, в том числе и Архангельского терминала, можно отнести к нейтральным нефтесодержащим сточным водам, где нефтепродукт присутствует преимущественно в виде эмульсии и солесодержание вод невысокое. Для устойчивой работы очистных сооружений необходимо, чтобы на очистку поступали стоки с компонентным составом, не превышающим значений, на которые рассчитан блок очистных сооружений:

-                   взвешенных  веществ – до 59 мг/л;

-                   нефтепродуктов – до 116,7 мг/л;

-                   рН – до 8,1.

Исследования по очистке нефтесодержащих сточных вод проводились в лаборатории Архангельского терминала, на основе запатентованных решений по разделению, обезвреживанию загрязненных обводненных промышленных отходов в ходе их охлаждения естественным или искусственным источниками холода [5].

В таблице 2 приведены результаты изучения водной фазы эмульсии №1 после механического разделения ее в делительной воронке при комнатной температуре и после охлаждения при различных значениях рН исследуемой среды.

рис 1.jpg

Из результатов, приведенных в табл. 2, следует, что наиболее эффективное разделение эмульсии №1 на компоненты наблюдалось после охлаждения ее при температуре +1,8 °С и создания кислой реакции среды с показателем рН =1,68.

В табл. 3 приведены результаты определения содержания воды в дизельном топливе после его выделения из эмульсии при различных температурах и значениях рН изучаемой среды двумя методами: по Карлу Фишеру и Дина Старку. Данный анализ производился для определения содержания воды в дизтопливе, оставшейся после разделения фаз при разных условиях.

рис 1.jpg

Как видно из табл. 3, содержание воды в пробах дизельного топлива, взятых из эмульсии №1, незначительно различается как при охлаждении, так и при изменении рН среды.

Содержание нефтепродуктов в водной фазе эмульсии №2 при различных значениях рН и температурах обработки исследуемой системы приведены в табл. 4. При этом концентрация нефтепродуктов в эмульсии определялась после механического удаления с ее поверхности основного объема дизтоплива, выделенного из смеси на поверхность в процессе охлаждения при различных значениях рН исследуемой среды.

рис 1.jpg

 Из табл. 4 следует, что наиболее эффективное разделение эмульсии №2 также происходит при температуре +1,8 °С и для кислой реакции среды с рН равным 1,68.

Результаты определения концентраций нефтепродуктов в сточных водах в точках входа и выхода с блока очистных сооружений терминала для различных режимов эксперимента приведены в табл. 5. 

Данные, приведенные в табл. 5, показывают, что наиболее эффективное разделение нефтесодержащих вод, как и прежде, происходит при температуре +1,8 °С и кислой реакции среды с рН =1,68.

Таким образом, выполненными исследованиями показано, что эффективность очистки сточных вод от загрязнений нефтепродуктами методом отстаивания можно повысить за счет одновременного их охлаждения до значений температур в диапазоне от +1 до –3 °С. Охлаждение до больших отрицательных температур следует применять в тех случаях, если при указанном температурном диапазоне необходимая степень очистки не достигается. Дополнительное закисление среды также способствует этому процессу. Введение в действующий цикл очистки дополнительных процессов по отстаиванию, охлаждению и, по возможности, закислению на разных стадиях очистки позволяет поднять эффективность работы очистных сооружений.

После прохождения сточными водами очистки, возможно их применение в замкнутом цикле обращения технической воды при условии реконструкции системы трубопроводов, что значительно уменьшит нагрузку на катионитные фильтры водоподготовки и обеспечит бесперебойную и безопасную работу котельной.

При использовании «жесткой» воды сокращается срок эксплуатации натрий-катионитовых фильтров, увеличивается кратность процессов их регенерации и расход реагентов, применяемых для регенерации. Поэтому техническую воду приходится предварительно «смягчать», а затем после очистки она сбрасывается в водный объект.

Предлагается решить проблему получения технической воды с меньшим солесодержанием для использования в котельной путем создания частично замкнутого цикла движения очищенных должным образом сточных вод, направляя их не на сброс, а в цикл технического водопровода, и использовать в дальнейшем в процессах химической водоочистки (ХВО).

Для работы котельной цеха паротеплоснабжения требуется 12-27 м3/час воды (в зависимости от сезона). Чтобы обеспечить бесперебойную работу котлов котельной будут заполняться резервуары ХВО. Суммарный объем резервуаров V=(100+75)·0,85=148 м3. Этого объема хватит на 148/27=5 часов бесперебойной работы котлов, для постепенной их остановки на случай аварийной ситуации в блоке очистных сооружений.

Вода из резервуаров также может использоваться для компенсирования пиковых нагрузок водопотребления. После заполнения резервуаров-накопителей ХВО будет образовываться избыток очищенной воды, при условии постоянного потребления котельной. Поэтому необходимо соединить трубопровод, обеспечивающий подачу осветленной воды из резервуаров-накопителей в котельную, с трубопроводом, подающим техническую воду. Для подачи очищенной воды предусмотрены два насоса КМ-100-65-250 (рабочий и резервный).

Технологическая схема показана на рис. 3. И него видно, что очищенная вода будет поступать в резервуары-накопители и в трубопровод технической воды, минуя станцию осветления воды на ХВО. Это возможно, так как показатели качества очищенной воды лучше, чем технической. Химический состав исходной воды и воды из резервуара чистой воды блока очистных сооружений приведен в табл. 6.

рис 1.jpg

рис 1.jpg

Сравнивая между собой показатели технической и очищенной воды, можно сделать вывод о том, что очищенная вода имеет преимущественно меньшие концентрации загрязняющих веществ. Особое внимание следует обратить на показатель жесткости воды, который имеет большое значение для работы котлов цеха паротеплоснабжения и требует соответствующей водоподготовки. У очищенной воды этот показатель в несколько раз лучше, чем у воды, взятой из реки.

Концентрация хлоридов в очищенной воде выше, чем в технической. Это связано с постоянной регенерацией хлоридом натрия натрий-катионитовых фильтров, с последующим сбросом отработанной воды в систему очистных сооружений. Но поскольку содержание хлоридов и остальные компоненты состава воды не регламентировано нормами, такое превышение допустимо. Также очищенная вода имеет более высокое содержание нефтепродуктов (0,02 мг/дм3 против 0,01 мг/дм3 у технической воды) и более высокое химическое потребление кислорода (39 мг/дм3 против 37 мг/дм3). Однако данная разница незначительна, находится в пределах точности методик измерений и не окажет влияния как на работу химводоочистки, так и на работу цеха паротеплоснабжения в целом.

При внедрении частично замкнутой циклической схемы движения воды будет снижено потребление технической воды из реки, а значит, в системе будет циркулировать вода с меньшими значениями общей жесткости. Используя более «мягкую» очищенную воду блока очистных сооружений для работы котлов, можно значительно сократить кратность процессов регенерации натрий-катионитовых фильтров и, следовательно, снизить концентрацию хлоридов в воде.

В случае аварийной ситуации на блоке очистных сооружений, когда в воду может попасть избыточное количество нефтепродуктов, в резервуаре чистой воды блока можно установить датчик-газоанализатор типа ДАК-summCH, для того чтобы после подачи сигнала, автоматическая задвижка перекрыла подачу воды в систему, «грязная вода» в этом случае поступает на повторный круг очистки блок очистных сооружений.

В результате реконструкции системы трубопроводов, осуществляя в нее подачу очищенной сточной воды, а также частично замкнув цикл движения технической воды, можно обеспечить бесперебойную работу котельной. Это позволит уменьшить объем потребления воды из р. Кузнечиха, снизить сброс в водный объект (практически вся очищенная сточная вода поступает на нужды нефтебазы), снизить нагрузку на натрий-катионитовые фильтры цеха паротеплоснабжения. При этом экономия средств составит 352 988 руб. в год. Параметры всех очищенных сточных вод соответствуют нормам, установленным для водоемов рыбохозяйственного значения, разрешительной документации предприятия на сброс в водный объект, требованиям промышленной и экологической безопасности.

Предлагаемая безопасная и эффективная технология очистки и обезвреживания обводненных нефтесодержащих эмульсий путем понижения температуры среды до значений +1 …-3 °С и применения реагентов-окислителей в виде перманганата калия и гипохлорита натрия до входа на флотаторы очистных сооружений позволит производить работы, используя естественные природные условия в холодное время года, не применяя искусственное охлаждение. Ее можно применять на нефтебазах распределительного типа, имеющих на своей территории цех паротеплоснабжения с техническим водозабором и цех очистки промышленных сточных вод.

Литература

1.      Инженерная экология в нефтегазовом комплексе: учебное пособие /Г.Г. Ягафарова, Л.А. Насырова, Ф.А. Шахова, С.В. Балакирева, В.Б. Барахнина, А.Х. Сафаров. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. 334 с.

2.      Пиковский Ю.И., Исмаилов Н.М., Дорохова М.Ф. Основы нефтегазовой геоэкологии: учебное пособие /Под ред. проф. А.Н. Геннадиева. – М.: ИНФРА-М, 2015. 400 с.

3.      Середин В.В. Оценка геоэкологических условий санации территорий, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. – Пермь, 1998. 153 с.

4.      Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. М.: Недра, 1983. 263 с.

5.      Конюхов А.В., Конюхов А.Д., Петрова А.В., Пустова Е.Ю., Черкасов Н.Р. Способ и устройство для очистки емкости от загрязненной воды и нефтешлама. Патент на изобретение  №2533724 Федеральной службы по интеллектуальной собственности РФ от 20.11.2014 г. Бюл. № 32 на заявку № 2013111085/05 от 12.03.2013.

 




Статья «Совершенствование технологии утилизации нефтесодержащих сточных вод до безопасных концентраций на северных нефтехранилищах» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№12-11, Ноябрь 2016)

Авторы:
Комментарии

Читайте также