В зависимости от вида, состава и свойств производственных сточных вод, их загрязненности и специфики загрязняющих веществ, условий повторного использования и отведения в водные объекты или другие приемники сточных вод применяются механический, физико-химический, химический и биологический методы очистки сточных вод.
В сточных водах ОАО «МНПЗ» ПДК превышены по следующим веществам: нефтепродукты, фенолы, ПАВ.
ПАВы устраняются с помощью флотационных установок с многокамерными, радиальными флотаторами, флотаторов-отстойников, ионного обмена, озонирования
От нефтепродуктов очищают: песколовки, нефтеловушки, фильтры, установки напорной флотации, установки импеллерной флотации, сорбция, электрокоагуляция, озонирование, коалисценция, реагентная обработка (оксихлорид алюминия и оксихлорид алюминия-сульфат).
Фенолы устраняются сорбцией, экстракцией, эвапорацией, озонированием, напорной флотацией. Также очистку от фенолов проводят на биофильтрах и аэротенках.
Песколовки. Для задержания тяжелых нерастворимых примесей, преимущественно песка, применяются песколовки различных конструкций. Расчет и проектирование их аналогичны расчету и проектированию песколовок для очистки бытовых вод. Количество песколовок или отделений должно быть не менее двух, причем все - рабочие. Применение их в схемах очистки производственных СВ улучшает работу последующих очистных сооружений и облегчает их эксплуатацию [1].
Отстойники. Отстаивание является самым простым, наименее трудоемким и дешевым методом выделения из сточной воды грубодиспергированных примесей, плотность которых отличается от плотности воды. Под действием силы тяжести загрязнения оседают на дно или всплывают на поверхность.
Для отстаивания взвеси используют горизонтальные, вертикальные и радиальные отстойники, обычные и тонкослойные.
Расчет их производится аналогично отстойникам, применяемым в бытовой канализации, исходя из необходимого времени отстаивания для достижения заданного эффекта очистки [2].
Гидроциклоны. Осаждение взвеси в гидроциклонах происходит под действием центробежной силы, которая может в десятки раз превышать силу тяжести. Поэтому осаждение взвеси в этих аппаратах происходит за более короткий срок, соответственно объем их меньше объема отстойника. Они могут быть открытыми (безнапорными) и закрытыми (напорными) [2].
Центробежная сила возникает при тангенциальном вводе жидкости в аппарат. Гидроциклоны используются для осветления сточных вод, сгущения осадков.
Фильтры. Они нашли широкое применение для доочистки производственных сточных вод, содержащих мелкодисперсную взвесь, эмульгированные масла, смолы и нефтепродукты, после отстаивания, флотации, биологической очистки. Применяются открытые безнапорные и закрытые напорные фильтры. Определенными преимуществами с точки зрения эффективности отмывки загрязнений обладают каркасно-засыпные фильтры. На фильтры с зернистой загрузкой допускается подача сточной воды с концентрацией нефтепродуктов до 50 мг/дм3 и взвешенных веществ до 100 мг/дм3 [3].
Установки напорной флотации для очистки нефтесодержащих сточных вод (с флотаторами и флотаторами-отстойниками). Флотаторы используют при исходных концентрациях нефтепродуктов в сточной воде 70 - 100 мг/дм3 и механических примесей 100 мг/дм3, флотаторы-отстойники - при концентра-циях нефтепродуктов 100 - 150 мг/дм3 и механических примесей до 150 мг/дм3.
При варианте без рециркуляции все сточные воды, прошедшие основное нефтеулавливание, поступают в приемный резервуар, откуда насосами подаются в напорные баки, где происходит насыщение воды воздухом в течение 1 - 2 мин под давлением 0,4 - 0,5 МПа. Воздух подают эжектором во всасывающую трубу насоса в количестве 3-5% объема обрабатываемой воды. Из напорных баков вода направляется в камеру, где распределяется между флотаторами-отстойниками.
При рециркуляции сточные воды, прошедшие основное нефтеулавливание, поступают во флотаторы-отстойники, минуя напорные баки, и только рециркуляционный расход прошедших флотацию сточных вод в количестве 50% насыщается воздухом в напорных баках под давлением 0,4 - 0,5 МПа и смешивается со сточными водами, поступающими на очистку. Камера распределения в этом случае служит также и камерой смешения.
Во флотаторе-отстойнике сточные воды через водораспределитель поступают во флотационную камеру, где выделяющиеся из воды мельчайшие пузырьки воздуха увлекают на поверхность взвешенные частицы эмульгированной нефти и образуют легко удаляемый пенообразный слой, насыщенный нефтью. Здесь же происходит и осаждение тяжелых взвешенных веществ. Из флотационной камеры сточные воды направляются в отстойную зону и далее через донные отверстия поднимаются вверх между пеноудерживающей стенкой и стенкой отстойника, переливаются по кромке водослива в отводящий кольцевой лоток. Пена, образующаяся на поверхности флотатора-отстойника, сгребается специальным механизмом в пеносборный лоток, откуда трубой отводится в шламонакопитель - при работе с коагулянтом или на разделку - при работе без коагулянта [1].
Установки импеллерной флотации для выделения из сточных вод механических примесей и нефтепродуктов. Импеллерная флотация основана на механическом диспергировании воздуха в очищаемой воде с помощью вращающегося импеллера - турбинки с воздушной трубой в центре. При быстром вращении турбинки за ее лопастями создается разрежение, вследствие чего из атмосферы по воздушной трубе засасывается воздух, который в виде мелких пузырьков диспергируется в воде.
На установке удается снизить содержание нефтепродуктов со 100 - 150 до 15 - 25 мг/дм3 после 10 мин флотации.
К недостаткам импеллерной флотации относится невозможность использования коагулянта, так как при турбулентном перемешивании воды крупными пузырьками воздуха хлопья коагулянта разрушаются [1].
Нефтеловушки применяются для задержания грубодисперсных нефтяных частиц при концентрации нефтепродуктов в сточной воде более 100 мг/ дм3. Одновременно в них задерживаются механические примеси. Нефтеловушки представляют собой горизонтальные прямоугольные в плане отстойники глубиной Н от 1 до 2 м шириной В до 3…6 м, оборудованные устройствами для задержания и сбора нефтепродуктов. Сточная вода по подводящей трубе поступает в лоток, из которого, переливаясь через водослив, попадает в приемное отделение, а оттуда через вертикальные щели в распределительной перегородке входит в отстойную зону и движется в ней горизонтально со скоростью обычно не более 4…6 мм/с в течение около 2 ч. Затем очищенная вода протекает под полупогруженной нефтеудерживающей стенкой и собирается в сборный лоток. При этом тяжелая взвесь оседает на дно сооружения, а легкие нефтепродукты всплывают на поверхность воды. Выпавший на дно осадок скребком, приводимым в движение от лебедки, периодически сгребается в приямок, откуда удаляется гидроэлеватором. Всплывшие на поверхность нефтепродукты сгоняются скребком к поворотным нефтесборным трубам диаметром d = 300 мм и через продольные щели шириной около 30…50 мм сливаются в них. Далее по этим трубам нефтепродукты отводятся в нефтесборные резервуары [3].
Физико-химическими методами, основанными на применении коагуляции, сорбии, экстрации, эвапарации, ионного обмена, кристаллизации, диалеза и др., извлекают специфические загрязнения производственных сточных вод или те из них, которые невозможно или неэкономично извлекать другими способами.
Коагуляция. Используется для разрушения устойчивых суспензий и эмульсий, веществ, загрязняющих воду, посредством введения коагулянтов. Широко применяется для интенсификации процессов механической очистки производственных сточных вод. При введении в воду коагулянтов образуются малорастворенные гидроокиси металлов, в виде рыхлых хлопьев, сорбирующих на своей поверхности коллоидные и, частично, растворенные в воде примеси. Применение коагуляции связано с приготовлением раствора реагента, дозирования и перемешивания его с водой. Для этих целей в схеме очистки производственных сточных вод предусматриваются реагентное хозяйство, дозаторы и смесители. Проектирование и расчеты этих устройств осуществляются так же, как и в системах водоснабжения.
В качестве коагулянтов используют сернокислый алюминий Al2(SO4)3, а также сернокислое железо FeSO4 или хлорное железо FeCl3. Кроме них можно использовать известь CaO, алюминат натрия NaAlO2, оксихлорид алюминия Al2(OH)5Cl, хлорид магния MgCl2, сульфат магния MgSO4.
Методом многоступенчатой экстракции, применяя такие экстрагенты, как бензол, бутилацетат, достигают изъятия фенолов на 90… 95% при остаточных концентрациях 200… 300 мг/дм3. Такие результаты характерны для пяти-шестиступенчатой экстракции при подаче в каждую ступень 10% экстрагента. Увеличивая число ступеней и удельный расход экстрагента, можно получить на выходе концентрацию фенола 15…20 мг/дм3, но обычно промышленные установки на такую очистку не рассчитываются.
Растворившиеся в экстрагенте фенолы извлекают из него с помощью каустика; регенерацию экстрагента осуществляют также путем отгонки. Экстракция - распространенный метод очистки сточных вод на газогенераторных станциях и других аналогичных предприятиях [1].
На эвапорационных установках очищают ежегодно свыше 10 млн. м3 фенолсодержащих сточных вод. Эффективность извлечения фенолов при этом составляет 90…93%, а остаточные концентрации - 200… 300 мг/дм3.
Очистку загрязненного фенолами пара производят в скрубберах при орошении их раствором щелочи. Образующийся при этом фенолят поступает в переработку [1].
Коалесценция это слияние капель жидкости внутри другой жидкости (или газа) или пузырьков газа внутри жидкости. В результате коалесценции происходит уменьшение степени дисперсности эмульсий, пен и аэрозолей вплоть до их расслоения на две фазы (жидкость - жидкость или жидкость - газ). Коалесценция происходит в результате флуктуационного прорыва пленок подвижной среды, разделяющих жидкие или газообразные частицы,что является причиной широкого (в пределах неск. порядков) разброса в значениях времени жизни пленок, характеризующего устойчивость частиц к коалесценции. Последняя определяется вязкостью среды, межфазным натяжением, размером частиц, площадью пленок и др. факторами. Особенно сильно влияет на устойчивость к коалесценции наличие на межфазной поверхностисти адсорбционных слоев ПАВ (стабилизаторов).
Озонирование производят в барботажных колоннах при продувке воды озонсодержащим газом. Как и при хлорировании, окисляться будут не только фенолы, но и другие загрязнения, поэтому для достижения приемлемой очистки от фенолов требуется значительный расход озона (1,5…3 г/дм3) и электро-энергии для его получения. Озонирование, по-видимому, может быть приемлемым только при доочистке от фенолов относительно чистых сточных вод с небольшой окисляемостью, прошедших предварительную фильтрацию [4].
Ионный обмен. Применяется для очистки производственных сточных вод от мышьяка, фосфора, хрома, цинка, свинца, меди, ртути и др. металлов, ПАВ, радиоактивных веществ с утилизацией ценных примесей и последующим оборотным использованием воды. Ионный способ очистки оборотной воды от тяжелых металлов, обеспечивает 99% эффект очистки от ионов цинка, меди, никеля.
В данном курсовом проекте применим следующую схему очистки сточных вод: нефтеловушка, отстойник-флотатор, сорбционные фильтры с угольной загрузкой в две ступени. Технологическая схема очистки сточных вод приведена на рисунке 1.
Применяем нефтеловушку т. к. она очищает сточную воду не только от всплывших нефтепродуктов, но и от взвешенных веществ. Она принимается при концентрации нефтепродуктов в сточной воде более 100 мг/дм3. Эффект очистки от взвешенных веществ и нефтепродуктов достаточно высок и составляет 50% и 67% соответственно.
Применяем флотатор-отстойник, потому что он используется для очистки стоков от нефтепродуктов, фенолов и взвешенных веществ и ПАВ.
Сорбционные фильтры очищают сточную воду от ПАВов, фенолов и нефтепродуктов, поэтому их также можно считать универсальными. Эффективность очистки в таких фильтрах составляет для ПАВов, фенолов и эфирорастворимых соответственно 60%, 95% и 90%.