Флотационная очистка сточных вод

На входе в  песколовку установлены решетки  для задержания крупных механических примесей. Кроме решеток в начале и  конце песколовки расположены деревянные шиберы для равномерного поступления воды и отключения песколовки. Дно песколовки выполнено под углом к центру сооружения для сбора и откачки выпавшего осадка.

При работе песколовок на дне их собираются механические примеси, которые необходимо периодически удалять. Из опыта работы нефтебаз следует, что горизонтальные песколовки необходимо очищать не реже одного раза в 2-3 сут, а щелевые - по мере накопления осадка в иловой части. Нельзя допускать, чтобы илом была заполнена камера до днища лотка. При очистке песколовок обычно применяют переносный или стационарный гидроэлеватор.

Статические отстойники

Нефтетранспортные предприятия (нефтебазы, нефтеперекачивающие  станции) оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные  стальные или железобетонные резервуары, которые могут работать в режиме резервуара-накопителя, резервуара-отстойника или буферного резервуара в зависимости  от технологической схемы очистки  сточных вод.

Исходя из технологического процесса загрязненные воды нефтебаз и нефтеперекачивающих станций  неравномерно поступают на очистные сооружения. Для более равномерной  подачи загрязненных вод на очистные сооружения служат буферные резервуары, которые оборудуют водораспределительными и нефтесборными устройствами, трубами  для подачи и выпуска сточной  воды и нефти, уровнемером, дыхательной  аппаратурой и т.д. Так как нефть  в воде находится в трех состояниях (легко-, трудноотделимая и растворенная), то попав в буферный резервуар, легко- и частично трудноотделимая нефть  всплывает на поверхность воды, во втором случае это происходит значительно  медленнее. Для отделения мелкодисперсной  нефти при большой высоте резервуара необходимо затратить значительное время (более 48 ч), поэтому такое отделение  в буферных резервуарах не предусматривается. В этих резервуарах отделяют до 90-95% легко отделимых нефтей. Для этого  в схему очистных сооружений устанавливают  два и более буферных резервуара, которые работают периодически: заполнение, отстой, выкачка.

Объем резервуара выбирают из расчета времени заполнения, выкачки и отстоя, причем время  отстоя принимают от 6 до 24 ч. Таким  образом, буферные резервуары (резервуары-отстойники) не только сглаживают неравномерность  подачи сточных вод на очистные сооружения, но и значительно снижают концентрацию нефти в воде. Большие преимущества этого вида резервуаров - герметичность  и возможность строительства  индустриальным методом, что приводит к резкому сокращению времени  строительства.

Отстаивание воды в вертикальных резервуарах может  протекать в динамическом и непроточном  режимах.

При динамическом режиме наполнение и опорожнение  резервуара происходят одновременно.

При статическом (непроточном) режиме резервуары работают по трем циклам: наполнение, отстаивание, опорожнение. Поэтому для отстаивания  воды число резервуаров должно быть более двух, а объем их несколько  больше, чем объем резервуаров  при динамическом режиме.

Резервуары должны быть оборудованы средствами автоматики, осуществляющими автоматическое переключение резервуаров, следящими за уровнем  воды в резервуаре и не допускающими попадания нефти в отводящий  трубопровод.

Перед откачкой отстоявшейся воды из резервуара сначала  отводят всплывшую нефть и  выпавший осадок, после чего откачивают осветленную воду. Для удаления осадка на дне резервуара устраивают дренаж из перфорированных труб.

Отстаивание - наиболее простой и часто применяемый  способ выделения из сточных вод  грубо дисперсных примесей, которые  под действием гравитационной силы оседают на дне отстойника или  всплывают на его поверхности.

Для дополнительной очистки сточных вод часто  используют пруды дополнительного  отстоя, представляющие собой водоемы  глубиной до 4 м и площадью зеркала  воды в зависимости от пропускной способности сточных вод. Обычно такие пруды имеют несколько  секций, каждая из которых оборудована  устройством для рассредоточенного  ввода и выпуска воды.

Пруды дополнительного  отстаивания имеют следующие  существенные недостатки: необходимость  больших территорий, высокая стоимость, загрязнение атмосферы испаряющимися  нефтепродуктами, влияние ветровой нагрузки на эффективность очистки, трудности при сборе нефти  и осадка и др.

Динамические  отстойники

Отличительная особенность динамических отстойников  заключается в отделении примеси, находящейся в воде, при движении жидкости.

В динамических отстойниках или отстойниках  непрерывного действия жидкость движется в горизонтальном или вертикальном направлении, отсюда и отстойники подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальный  отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный (в плане) резервуар  с коническим днищем для удобства сбора и откачки осаждающегося  осадка. Движение воды в вертикальном отстойнике происходит снизу вверх (для осаждающихся частиц).

Горизонтальный  отстойник представляет собой прямоугольный  резервуар (в плане) высотой 1,5-4 м, шириной 3-6 м и длиной до 48 м. Выпавший на дне  осадок специальными скребками передвигают  к приямку, а из него гидроэлеватором, насосами или другими приспособлениями удаляют из отстойника. Всплывшие  примеси выводят с помощью  скребков и поперечных лотков, установленных  на определенном уровне.

В зависимости  от улавливаемого продукта горизонтальные отстойники делятся на песколовки, нефтеловушки, мазутоловки, бензоловки, жироловки и т.п.

В радиальных отстойниках  круглой формы вода движется от центра к периферии или наоборот. Радиальные отстойники большой производительности, применяемые для очистки сточных  вод, имеют диаметр до 100 м и  глубину до 5 м.

Радиальные отстойники с центральным впуском сточной  воды имеют повышенные скорости впуска, что обуславливает менее эффективное  использование значительной части  объема отстойника по отношению к  радиальным отстойникам с периферийным впуском сточных вод и отбором  очищенной воды в центре.

Тонкослойные  отстойники

Чем больше высота отстойника, тем больше необходимо времени для всплытия частицы  на поверхности воды. А это, в свою очередь, связано с увеличением  длины отстойника. Следовательно, интенсифицировать  процесс отстаивания в нефтеловушках  обычных конструкций сложно. С  увеличением размеров отстойников  гидродинамические характеристики отстаивания ухудшаются. Чем тоньше слой жидкости, тем процесс всплытия (оседания) происходит быстрее при  прочих равных условиях. Это положение  привело к созданию тонкослойных отстойников, которые по конструкции  можно разделить на трубчатые  и пластинчатые.

Трубчатые отстойники

Рабочий элемент  трубчатого отстойника - труба диаметром 2,5-5 см и длиной около 1 м. Длина зависит  от характеристики загрязнения и  гидродинамических параметров потока. Применяют трубчатые отстойники с малым (10°) и  большим (до 60°) наклоном труб.

Отстойники с  малым наклоном трубы работают по периодическому циклу: осветление воды и промывка трубок. Эти отстойники целесообразно применять для  осветления сточных вод с небольшим  количеством механических примесей. Эффективность осветления составляет 80-85%.

В круто наклонных  трубчатых отстойниках расположение трубок приводит к сползанию осадка вниз по трубкам, и в связи с  этим отпадает необходимость их промывки.

Продолжительность работы отстойников практически  не зависит от диаметра трубок, но возрастает с увеличением их длины.

Стандартные трубчатые  блоки изготовляют из поливинилового или полистирольного пластика. Обычно применяют блоки длиной около 3 м, шириной 0,75 м и высотой 0,5 м. Размер трубчатого элемента в поперечном сечении  составляет 5х5 см. Конструкции этих блоков позволяют монтировать из них секции на любую производительность; секции или отдельные блоки легко  можно устанавливать в вертикальных или горизонтальных отстойниках.

Пластинчатые  отстойники

Пластинчатые  отстойники состоят из ряда параллельно  установленных пластин, между которыми движется жидкость. В зависимости  от направления движения воды и выпавшего (всплывшего) осадка отстойники делятся  на прямоточные, в которых направления  движения воды и осадка совпадают; противоточные, в которых вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода движется перпендикулярно  к направлению движения осадка. Наиболее широкое распространение получили пластинчатые противоточные отстойники.

Эффективность осветления воды в пластинчатых отстойниках  повышается с уменьшением их высоты.

Достоинства трубчатых  и пластинчатых отстойников - их экономичность  вследствие небольшого строительного  объема, возможность применения пластмасс, которые легче металла и не корродируют в агрессивных средах.

Общий недостаток тонкослойных отстойников - необходимость  создания емкости для предварительного отделения легко отделимых нефтяных частиц и больших сгустков нефти, окалины, песка и др. Сгустки имеют нулевую плавучесть, их диаметр может достигать 10-15 см при глубине в несколько сантиметров. Такие сгустки очень быстро выводят из строя тонкослойные отстойники. Если часть пластин или труб будет забита подобными сгустками, то в остальных повысится расход жидкости. Такое положение приведет к ухудшению работы отстойника.

В ГАНГ им. И.М. Губкина  на кафедре транспорта и хранения нефти и газа была разработана  установка по очистке сточных  вод, в которой были учтены недостатки старых нефтеловушек. К новой установке  были предъявлены следующие требования: высокое качество очистки сточных  вод от нефтепродуктов; индустриализация строительства; минимальная занимаемая площадь под очистные сооружения; минимальные эксплуатационные затраты.

Этим требованиям  отвечает многоступенчатая установка  с очистными устройствами различных  конструкций. Установка предназначена  для отделения легко- и трудноотделимых  нефтяных частиц. Для доведения содержания нефти в воде меньше 1 мг/л сточные  воды необходимо пропускать через другие установки, предназначенные для  более глубокой очистки.

Для отделения  выделившейся нефти из воды используют буферную емкость, скорость движения воды в которой в несколько раз  меньше, чем скорость воды в подводящем трубопроводе. Эта буферная емкость  отличается от всех предыдущих не только габаритами, но и наличием герметичной  крыши, внутри  которой расположен короткий трубопровод с резьбой для навинчивания «стакана». Крыша расположена намного ниже уровня жидкости в установке. С помощью навинчивающегося стакана уровень жидкости в вертикальном трубопроводе устанавливается несколько ниже верхней образующей стакана. Таким образом, уровень воды в вертикальном трубопроводе расположен ниже верхней точки трубопровода.

Буферная емкость  соединена со вторым очистным сооружением - толстослойным отстойником. В отличие  от тонкослойного отстойника у этого  отстойника высота определяется несколькими  десятками сантиметров. Толстослойный  отстойник предназначен для отделения  крупнодисперсных нефтяных частиц, а  также крупных сгустков нефти  и механических примесей. Он представляет собой круглый или прямоугольный  трубопровод, начинающийся у буферной емкости и кончающийся ниже уровня жидкости в установке.

Прямоточный отстойник  может работать в горизонтальной и наклонной плоскостях. В первом случае для монтажа требуется  очень мало места, но практически  получится нефтеловушка со вставными  элементами. Во втором случае он превращается в напорный отстойник, который наиболее дешев, прост в эксплуатации, легко  поддается автоматизации.

Одновременно  с изучением влияния скорости потока на степень очистки также  рассматривали влияние угла наклона  отстойника на процесс разделения. При проведении экспериментов угол наклона отстойника изменяли от 0°  до 25°. Результаты экспериментов показали, что наиболее эффективно процесс  разделения происходит при угле наклона  отстойника 10°.

Гидроциклоны

Сточные воды очищают  в открытых и закрытых (напорных) гидроциклонах. Открытые гидроциклоны обычно проектируют для очистки  сточных вод от тяжелых примесей. Обычно гидроциклоны применяют в  комплексе с другими очистными  сооружениями.

Решающее влияние  на рабочий эффект открытого гидроциклона оказывают физические свойства частиц (размер, форма, плотность и др.), для  задержания которых он предназначен, а также геометрические размеры  гидроциклона и гидравлический режим  его работы.

Напорные  гидроциклоны