МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СССР
УТВЕРЖДАЮ
Зам. Главного государственного
санитарного врача СССР
В.Е. Ковшило
23 апреля 1976 г.
№ 141776
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ВОДОЕМОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЬЮ
Подготовлены в Московском Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана – директор член-корр. АМН СССР, профессор Д.П. ШИЦКОВА, в отделе коммунальной гигиены Министерства здравоохранения РСФСР – заместитель начальника отдела М.П. ГОЛДОБИНА
Составлены старшим научным сотрудником М.Т. ГОЛУБЕВОЙ и инспектором-врачом ГСЭУ МЗ РСФСР К.А. БИК с использованием материалов Министерства нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР, Горьковской и Ярославской областных санэпидстанции.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Защита водоемов от нефти продолжает оставаться одной из основных проблем охраны водоемов от загрязнения промышленными сточными водами.
Добыча и переработка нефти связана с образованием огромного количества сточных вод. Дальнейший бурный рост добычи нефти, а также развитие водоемкой нефтеперерабатывающей промышленности влекут за собой соответствующее увеличение количества сточных вод.
Помимо того углубление переработки нефти и газа, возникновение на ряде заводов нефтехимических производств, приводят не только к росту количества сточных вод, но и к усложнению их состава, что повышает требование к их очистке.
В связи с вышеизложенным активный контроль за санитарным состоянием водоемов в местах водопользования в районах действия предприятий нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности является большой и ответственной задачей органов и учреждений санитарно-эпидемиологической службы.
За последние годы в области водного хозяйства нефтеперерабатывающей промышленности достигнуты определенные успехи.
На современных заводах осуществлен комплекс технологических и санитарно-технических мероприятий, направленных на снижение потребления воды для производственных целей, максимальное использование воды в системах оборотного водоснабжения, снижение количества сточных вод, сбрасываемых в водоем, и необходимую степень их очистки.
Имеющиеся данные свидетельствуют об эффективности проводимых мероприятий в деле охраны водоемов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами.
Вместе с тем в ряде мест загрязнение водоемов еще велико, что связано со сбросом еще большого количества недостаточно очищенных сточных вод вследствие медленного внедрения на предприятиях технологических мероприятий по сокращению водопотребления и водоотведения, необеспеченностью некоторых предприятий необходимым количеством очистных сооружении для очистки сточных вод, недостатками в эксплуатации существующих очистных сооружений.
Необходимо иметь в виду, что за последнее время был принят ряд важных правительственных постановлений по охране внешней среды, требующих дальнейшего усиления контроля за выполнением необходимого комплекса мероприятий по защите водоемов от загрязнения промышленными стоками, в том числе нефтью и нефтепродуктами со стороны органов по регулированию использования и охране водных ресурсов, а также органов государственного санитарного надзора.
Настоящие «Указания» имеют целью ознакомление органов государственного санитарного надзора с условиями образования на предприятиях нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности сточных вод, составом и влиянием их на водоемы, современными методами очистки нефтесодержащих сточных вод, технической и гигиенической эффективностью проводимых мероприятий.
Одной из задач «Указаний» является установление унифицированной методики контроля за охраной водоемов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами в соответствии с современным состоянием методических исследований.
Многолетние работы научно-исследовательского института гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана позволяют констатировать, что в деле охраны водоемов от загрязнения стоками нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) к настоящему времени имеются определенные достижения.
Институт начал изучение вопроса с пятидесятых годов. Обследования ряда водоемов ниже сброса стоков нефтеперерабатывающих заводов показывали на огромное загрязнение их нефтью. Очистные сооружения для очистки сточных вод были представлены нефтеловушками и в лучшем случае дополнялись примитивными отслойными амбарами и прудами. Сброс нефти в водоемы исчислялся тоннами. Загрязнение охватывало поверхность водоема, стой воды и дно. (Работы М.Т. Голубевой 1958-1960 гг.).
Обследование водоемов и экспериментальные исследования позволили разработать предельно-допустимые концентрации нефти и нефтепродуктов в воде, что поставило перед промышленностью в первую очередь необходимость снижения количества сточных вод, сбрасываемых в водоем.
В 1956 г. рядом проектных и научно-исследовательских институтов, работающих в области очистки сточных вод НПЗ, была создана «Принципиальная схема водоснабжения и канализации нефтеперерабатывающих заводов». Схема была утверждена Министерством нефтяной промышленности и одобрена Минздравом СССР.
Если прежде оборот сточных вод на НПЗ составлял в среднем около 63 %, то по новой схеме он мог быть доведен до 95 % и, как показывают данные последних лет, может достигать выше 96 %. Необходимо было совершенствовать методы очистки сточных вод НПЗ. Была организована на Московском НПЗ опытная станция по проверке физических и физико-химических методов очистки сточных вод (Институт ВОДГЕО), велись работы по изучению биохимического метода очистки сточных вод на Люблинской станции Мосочиствод (Я.А. Карелин). Институт принимал участие в оценке методов, испытываемых на обеих станциях, и затем в эксплуатационных условиях на заводах. (Работы М.Т. Голубевой 1956–1968 гг.). Результаты работ Института принимались во внимание при составлении «Указаний» и «Норм» по данным вопросам.
Проведенные исследования в области очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов показали, что биохимический метод должен явиться основным методом, как охватывающий освобождение сточных вод от оставшихся после механической очистки растворимых и высокодиспергированных нефтепродуктов, так и от сопутствующих вредных веществ (фенолов, сернистых соединений, СЖК и др.).
В связи с отрицательным влиянием на очистку сточных вод старого деэмульгатора – нейтрализованного черного контакта (НЧК), применяемого при подготовке нефти к ее переработке, институтом было проведено санитарно-токсикологическое испытание новых неионогенных деэмульгаторов. Установлено преимущество отечественного деэмульгатора – ОЖК (оксиэтилированные жирные кислоты), который нашел и настоящее время применение в практике (работы М. Т. Голубевой и А.А. Стяжкиной 1968–1969 гг.).
Проверка гигиенической эффективности мероприятий, проводимых на нефтеперерабатывающих заводах, на примере Ново-Горьковского и Ново-Ярославского заводов (1964–1970 гг.) показала на их большое значение в деле санитарной охраны водоемов от загрязнения их нефтью, нефтепродуктами и другими вредными веществами стоков НПЗ.
ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ НЕФТЬЮ
Сточные воды нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности являются основным источником загрязнения водоемов нефтью.
Помимо этого значительное загрязнение происходит от других источников, таких как: речной транспорт, нефтебазы, промывочно-пропарочные станции; а также небольших, но многочисленных предприятий железнодорожного транспорта (локомотивные и вагонные депо, ремонтные заводы и пр.), сточные воды которых, как показали исследования, в основном загрязнены нефтепродуктами.
Существенное загрязнение нефтепродуктами могут внести промышленные сточные воды различных производств, использующих нефтяное топливо.
По перечисленным источникам возможного загрязнения водоемов нефтью проводятся существенные мероприятия, но загрязнение от них имеет еще место.
В настоящих, ниже представленных материалах в основном излагается характеристика стоков, методы очистки и мероприятия по охране водоемов от загрязнения их сточными водами нефтеперерабатывающей и нефтяной промышленности.
Многое из мероприятий по санитарной охране водоемов от загрязнения нефтью, проводимых на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтяной промышленности, может быть использовано и на предприятиях других ведомств.
В «Указаниях» не рассматриваются вопросы по санитарной охране водоемов от загрязнения нефтью со стороны речного транспорта, поскольку они подробно освещаются в «Методических указаниях», посвященных специально этому вопросу.
ВЛИЯНИЕ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД НА ВОДОЕМЫ
При недостаточной очистке сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, влияние их на водоемы выражается в появлении нефтяной пленки на поверхности воды, отложении тяжелых нефтепродуктов на дне водоема, появлении в воде керосинового запаха.
Попадая в водоем со сточными водами, нефть и нефтепродукты в основной массе распространяются на поверхности, тяжелые фракции уже у места спуска сточных вод падают на дно, легкие фракции растворяются в воде. Нефтяные эмульсии равномерно распределяются в слое воды. Для образования пленки на поверхности воды достаточно ничтожных количеств нефти. Как показали исследования толщина нефтяных пленок у места сбросов стоков измеряется в микронах, а более отдаленных местах в долях микронов.
Под влиянием волнений, ветра нефтяная пленка сгоняется к берегам, загрязняет берега и прибрежную растительность нефтью.
В силу ряда факторов большое количество нефти выпадает на дно водоема и становится источником вторичного его загрязнения.
Накопление нефти и нефтепродуктов на дне водоемов ниже спуска сточных вод предприятий нефтяной и нефтеперерабатывающем промышленности делает трудно осуществимым оздоровление его. Даже в паводок водоем не освобождается от донных отложении нефти. Нефтяное загрязнение лишь растягивается по дну на большее расстояние.
При обследовании водоемов ниже спуска сточных вод нефтезаводов при отсутствии пленки нефтепродуктов на поверхности керосиновый запах в летний период обнаруживался на расстоянии десятков километров, а зимой на значительно большем расстоянии.
Запахи в воде способны вызвать ничтожные количества нефти и нефтепродуктов. Пороговые концентрации по запаху для большинства нефтей и нефтепродуктов составляют 0,1–0,3 мг/л. Керосиновый запах является одним из тех показателей, на который прежде всего жалуется прибрежное население и который препятствует использованию воды для санитарно-бытовых целей.
Влияние на запах воды положено в основу нормирования содержания нефти и нефтепродуктов в воде водоема.
Для снижения в сточных водах содержании нефти до степени, при которой вода водоема ниже спуска сточных вод предприятий нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности в местах водопользования не имела бы запаха, необходимо, чтобы сточная вода была освобождена от плавающей нефти, от значительного количества эмульгированной нефти, а в большинстве случаев и от растворенных нефтепродуктов.
Кроме того, должны быть подвергнуты очистке и сточные воды, загрязненные вредными веществами от переработки и очистки нефтепродуктов, такими как ТЭС, сероводород, сульфиды, фенолы, деэмульгаторы и др.
Спуск сточных вод от нефтепромыслов помимо загрязнения водоемов нефтью, может вызвать засолонение воды, вследствие высокого минерального состава пластовых вод.
Постепенное засолонение воды может иметь место и при сбросе сточных вод НПЗ, когда в водоем сбрасываются сточные воды нескольких заводов одновременно.
ОБРАЗОВАНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕПРОМЫСЛОВ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ
а) Сточные воды нефтепромыслов
Основную массу сточных вод нефтепромыслов составляют пластовые воды. Количество пластовой воды, отделяемой от нефти, зависит от обводненности нефти в продуктивном пласте и составляет в среднем 10–25 % от количества нефти. На старых (давно эксплуатируемых) нефтепромыслах обводненность нефти может достигать 60 % и более.
Пластовая вода обычно диспергирована в нефти. Для отделения ее нефть подвергают термохимической и электрохимической обработке, которые производят на обезвоживающих и обессоливающих комплексных установках*.
_______________
*Обессоливание и обезвоживание нефти на промыслах производится частично, а до необходимой то технологии величины – на нефтеперерабатывающих заводах.
Пластовые воды имеют чрезвычайно разнообразный химический состав, зависящий от месторождения нефти. Характерной особенностью их является высокий солевой состав (сухой остаток некоторых пластовых вод исчисляется сотнями граммов на литр воды), наличие нефти (в среднем 1500 мг/л) и большое содержание механических примесей (глина и песок в среднем 1500 мг/л). При добыче сернистых нефтей пластовая вода содержит также большие количества, сероводорода (50–80 мг/л).
К другим загрязненным сточным водам нефтепромыслов относятся промывные воды от промывки: 1) нефти на обезвоживающих установках; 2) оборудования рабочих площадок скважин; 3) площадок наливных эстакад.
Расход промывных сточных вод определяется технологической схемой обработки нефти на промысле. По характеру загрязненные промывные воды близки к пластовым и отличаются от них более низкой концентрацией загрязнения. В тех случаях, когда по технологическим условиям обезвоживания нефти применяют деэмульгаторы, сточные воды деэмульсационных установок загрязнены нейтрализованным контактом (НЧК), «Азербайджан», сульфонатом или неионогенным деэмульгатором ОП-10, дисольваном, ОЖК и др.
Источником образования сточных вод является также производственная деятельность нефтепромыслов – разведывательное бурение, наладка нефтескважин, ремонтные работы, а главное – аварии на промысловых сооружениях (нефтепроводах, резервуарах, скважинах).
При бурении нефтяных скважин, последующей их эксплуатации и при аварийных ситуациях существует также потенциальная опасность загрязнения подземных вод.
Основными причинами загрязнения грунтовых вод в этом случае могут быть: 1) нарушение герметизации обсадных труб; 2) подток минерализованных вод из глубинных горизонтов по затрубному пространству; 3) загрязнение почвы и грунтовых вод с поверхности в процессе бурения нефтяных скважин.
Примером загрязнения подземных водоисточников в результате указанных причин являются случаи, имевшие место на нефтепромыслах Башкирской АССР.
б) Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов
Современные нефтеперерабатывающие заводы по характеру производства делят на 4 профиля: топливный, топливно-масляный, топливный с нефтехимическим производством, топливно-масляный с нефтехимическим производством. Расход воды для производственных целей и количество сточных вод возрастает с углублением переработки нефти.
По условиям образования и составу загрязнения сточные воды разделяются на следующие виды:
1) Нейтральные нефтесодержащие сточные воды, которые образуются при конденсации, охлаждении и промывке нефтепродуктов, от промывки аппаратуры, от смыва полов производственных помещений, дренажные воды от лотков технологических аппаратов, фундаментных приямков аппаратов и насосов, аварийные сбросы. Содержание нефтепродуктов, по преимуществу неэмульгированных, в этих водах составляет 5–8 г/л; общее солесодержание 700–1500 мг/л. Сравнительно невысокий солевой состав позволяет, после соответствующей очистки, использовать их для пополнения систем оборотного водоснабжения.
2) Сточные воды, содержащие эмульгированную нефть и большое количество растворенных солей (по преимуществу хлористый натрий) поступают от электрообессоливающих установок (ЭЛОУ) и сырьевых парков. Содержание нефти в этих стоках сильно колеблется и достигает до 30–40 г/л, что связано с негерметичностью технологического оборудования и недостаточно квалифицированной эксплуатацией технологических установок. Содержание хлоридов составляет 10–15 г/л. Высокий солевой состав этих вод не позволяет использовать их в оборотном водоснабжении.
3) Сернисто-щелочные воды получаются от защелачивания светлых продуктов и газов для очистки их от серы и меркаптанов. Состав стоков (при 10 % концентрации) характеризуется следующими показателями: нефтепродукты 3–8 г/л, сульфиды 30–50 г/л, фенолы 6–12 г/л, ХПК 100–150 г/л, БПКполн 65–95 г/л.
4) Кислые стоки от цеха регенерации серной кислоты содержат до 1 г/л серной кислоты.
5) Сточные воды от установок этилированного бензина и эстакад слива жидкости содержат до 100 мг/л нефтепродуктов и тетраэтилсвинец.
6) Стоки от цехов синтетических жирных кислот (СЖК) характеризуются следующими показателями: парафин до 150 мг/л, БПКполн 7200 мг/л O2, ХПК – 9200 мг/л O2, pH – 4.
7) Стоки, содержащие сероводород (сероводородсодержащие воды), поступают в основном от конденсаторов смешения атмосферных трубчаток и от охлаждения барометрических конденсаторов. Воды загрязнены большим количеством сероводорода и нефтепродуктами, БПКполн 850–1060 мг/л O2, ХПК – 1700–2120 мг/л O2.
8) Стоки от цеха белково-витаминных концентратов (БВК), получаемых на базе жидких парафинов, имеют, БПКполн 8501060 мг/л O2, ХПК – 1700 2120 мг/л О2, pH 4,8–5,6.
9) Технологические конденсаты загрязнены большим количеством сероводорода, аммиака, имеют высокую величину ХПК, образуются на установках каталитического крекинга от конденсата водяного пара.
Общее количество сточных вод на нефтеперерабатывающих заводах зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является система водоснабжения.
Фактические средние удельные расходы (1970 г.) сточных вод на действующих НПЗ равны: для топливных предприятий – 2,95 м3/тн, для топливно-масляных предприятий – 2,0 м3/тн. Для отдельных передовых предприятий удельные расходы сточных вод составляют 0,8–1,5 м3/тн.
Для вновь проектируемых заводов расходы воды и количество сточных вод определяют с введением необходимых поправок по «Укрупненным нормам», составленным ВНИИ «Водгео»*.
_____________
* «Укрупненные нормы расхода воды и количества сточных вод для различных отраслей промышленности «Совет экономической взаимопомощи». Всесоюзный научно-исследовательский институт «Водгео»* Москва 1973 т.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ СО СТОРОНЫ ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
За последние годы на предприятиях нефтепереработки по рекомендации научно-исследовательских, технологических, проектных и инспектирующих организаций осуществляется комплекс технологических, санитарно-технических и организационных мероприятий в целях оздоровления и предупреждения загрязнения водоемов при сбросе в них сточных вод.
Как показывает практика наибольший гигиенический эффект имеют технологические мероприятия, направленные на снижение водопотребления и водоотведения. Это следующие мероприятия: 1) максимально возможное применение систем воздушного охлаждения, вместо водяных; 2) максимальное введение оборотного водоснабжения; 3) замена нейтрализованного черного контакта при переработке нефти на эффективные неионогенные деэмульгаторы; 4) замена щелочной очистки регенерируемых реагентами; 5) замена баромконденсаторов смещения установок атмосферно-вакуумных трубчаток на поверхностные и др.
Конденсаторы воздушного охлаждения частично установлены на ряде предприятий нефтепереработки и нефтехимии. Применение их очень эффективно. Расчеты специалистов показывают, что замена 60–70 % водяного охлаждения воздушным при современной схеме водоснабжения и канализации позволяет сократить на 25–30 % количество сточных вод, сбрасываемых в канализацию, и уменьшить потребление воды на производственные цели в 3-4 раза.
Производственное водоснабжение большинства предприятий в настоящее время осуществляется при помощи оборотного водоснабжения и только небольшая часть заводов имеет прямоточное водоснабжение. Водооборот за последнее время растет и составляет на передовых предприятиях свыше 96 % (Ново-Горьковский, Орский, Пермский, Киришский, Сызранский, Ново-Ярославский, Пермский НПК). На всех заводах в настоящее время нейтрализованный черный контакт заменен неионогенными деэмульгаторами (ОП-10, ОЖК, диссольван и др.), что обеспечивает более эффективную работу очистных сооружений и одновременно лучшее качество нефти для переработки.
Схема производственной канализации современных предприятий решается на основе разделения сточных вод по видам загрязнения, что обеспечивает возможность применения максимального оборота воды и в то же время позволяет осуществлять раздельно очистку отдельных видов сточных вод.
Для очистки сточных вод применяется комплекс очистных сооружений в зависимости от назначения с использованием уже накопившегося на заводах опыта за последние 10–15 лет.
В нефтяной промышленности практикуется эффективный метод утилизации сточных вод нефтепромыслов путем использования их в системах заводнения продуктивных слоев.
ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КАНАЛИЗАЦИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ
На современных нефтеперерабатывающих заводах предусматривают две основные системы канализации*.
_______________
*«Нормы по проектированию производственных водоснабжения и канализации предприятий нефтеперерабатывающей промышленности» (третья редакция), утверждены Министерством нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в 1973 г. и согласованы с Министерством здравоохранения СССР в 1974 г.
Первая система канализации – для отведения и очистки производственно-ливневых нейтральных сточных вод, загрязненных нефтепродуктами. Эти сточные воды после соответствующей очистки используются для пополнения оборотных систем водоснабжения. Неиспользуемые в обороте стоки после механической очистки идут на смешение со стоками II-ой системы, прошедшими свой узел механической очистки.
В первой системе канализации предусматривают устройство одной канализационной сети для сбора и отведения на очистные сооружения следующих сточных вод: от промывки технологических аппаратов и лотков, промежуточных и товарных резервуарах, сточные воды конденсаторов смешения и скрубберов отдельных установок (кроме вод барометрических конденсаторов вакуумных систем и конденсаторов смешения битумных установок), ливневые воды с площадок технологических установок и резервуарных парков (за исключением сырьевых парков и установок ЭЛОУ) и др.
Вторая система канализации – для отведения и очистки эмульсионных и химзагрязненных сточных вод, содержащих нефтепродукты, реагенты, соли и другие органические и неорганические вещества (стоки ЭЛОУ, сернисто-щелочные, стоки сырьевых парков, производства СЖК, БВК, карбамидные и др.).
После очистки стоки второй системы канализации, если их невозможно использовать в производстве, направляются на испарение или сбрасываются в водоем.
Во второй канализационной системе, как правило, предусматривают устройство отдельных сетей для отведения соответствующих сточных вод, в зависимости от вида и степени их загрязнения.
Основные из них следующие:
1) Сеть для сточных вод от установок по подготовке нефти (ЭЛОУ), подтоварной воды и сырьевых парков, эстакад слива нефти, промывочно-пропарочной станции и ливневых вод от установок ЭЛОУ и сырьевых парков.
2) Сеть для концентрированных сернисто-щелочных вод от аппаратов по защелачиванию нефтепродуктов.
3) Сеть для кислых сточных вод, загрязненных неорганическими кислотами.
4) Сеть для кислых сточных вод, загрязненных жирными кислотами и парафином.
5) Сеть стоков, содержащих ТЭС и др.
Для очистки производственных сточных вод предусматриваются следующие общезаводские комплексы очистных сооружений:
- локальной очистки для стоков, загрязненных специфическими веществами, затрудняющими очистку общего стока;
- механической очистки для промливневых сточных вод первой системы и солесодержащих стоков ЭЛОУ второй системы;
- биохимической очистки сточных вод второй и первой систем канализации;
- доочистка биохимически очищенных сточных вод при необходимости в зависимости от местных условий;
- по обезвоживанию уловленных нефтепродуктов;
- по обработке нефтешлама.
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Механическая и физико-химическая очистка
Предварительная механическая очистка нефтесодержащих сточных вод производится по ниже приведенной схеме:
1) песколовка,
2) нефтеловушка.
Песколовка предназначается для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей, главным образом, песка с диаметром частиц более 0,2 мм. Устройство песколовок перед нефтеловушками для сточных вод нефтепромыслов и нефтеперерабатывающих заводов является обязательным. Песколовки рекомендуется устраивать горизонтального типа с механизированным удалением осадка. Перед песколовками устанавливаются решетки с прозорами не более 20 мм для задержки наиболее грубых примесей.
Выпадение песка из сточной жидкости в горизонтальных песколовках обеспечивается при скорости движения потока, 0,15-0,3 м/сек (при минимальном и максимальном притоке).
Продолжительность притока жидкости от 30 сек до 2-х минут с числом секций не менее двух.
На ряде заводов песколовки снабжены нефтесборными устройствами для улавливания всплывшей нефти, что предохраняет вынос нефти на песковые площадки.
За песколовкой следует нефтеловушка. Нефтеловушки являются основными сооружениями для выделения из сточной воды нефти и нефтепродуктов. Здесь же происходит осаждение основной массы взвешенных веществ (после осаждения их в песколовках).
В настоящее время имеются нефтеловушки различных конструкций, выполненные в виде обычных горизонтальных отстойников, разделенных продольными стенками на секции. Принцип работы нефтеловушек основан на использовании различных удельных весов воды и нефти. Скорость движения воды в нефтеловушке обычно принимают 3–8 мм/сек при средней расчетной продолжительности отстаивания воды 2 часа. Отделившаяся от воды нефть всплывает на поверхность и поворотными нефтесборными трубами отводится в нефтесборный резервуар. Осадок удаляется водоструйным эжектором или вертикальным центробежным насосом, устанавливаемым непосредственно в секциях нефтеловушек в приямках;
Наиболее совершенным типом нефтеловушек простого действия является нефтеловушка со скребковым транспортером, служащим для сгона нефти с поверхности воды к нефтесборным трубам и для сбора осадка и направления его в приямок. Удаление осадка из приямка на иловые площадки осуществляется турбоэлеватором или через дойный канал.
В зимнее время верхний слой нефти должен подогреваться паровыми змеевиками по периметру нефтеловушки.
Применяющиеся нефтеловушки по данным специалистов обладают рядом существенных недостатков. Одним из основных является струйность потока, вследствие неравномерного распределения воды по живому сечению секции и прежде всего по глубине нефтеловушки. Поэтому фактическая продолжительность пребывания воды в нефтеловушке оказывается менее расчетной.
Однако многочисленными обследованиями работы нефтеловушек установлено, что основными причинами плохой работы нефтеловушек является их плохая эксплуатация, в основном перегрузка и несвоевременная очистка от шлама, что ведет к еще большему снижению времени отстоя и к снижению качества очистки.
На основе данных эксплуатации последних лет остаточное содержание нефтепродуктов после нефтеловушек составляет для стоков I-й системы канализации 50–150 мг/л, для стоков II-й системы 80–200 мг/л. Задержание механических примесей из сточной воды при правильной эксплуатации нефтеловушек составляет около 50 % от их содержания в поступающей воде.
Эффективность работы нефтеловушек для стоков после электрообессоливающих установок в значительной степени зависит от наличия в поступающей воде стойких нефтяных эмульсий, которые образуются в сточной воде, когда при подготовке нефти (обезвоживании и обессоливании) применяются деэмульгаторы типа ионогенных ПАВ, к которым относятся нейтрализованный черный контакт (НЧК), алкилсульфонат, Азербайджан. Применение в качестве деэмульгаторов неионогенных ПАВ-ОП-10, дисольвана, ОЖК и др. значительно улучшает эффективность работы нефтеловушек. Неионогенные деэмульгаторы обладают преимуществом и в технологическом отношении – их требуется в десятки раз меньше, чем НЧК и при этом улучшается процесс обессоливания.
По данным Главного управления по переработке нефти и нефтехимии Миннефтехимпрома в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах деэмульгаторы НЧК и алкилсульфонат не применяются, что является весьма существенным, так как это обеспечивает лучшую очистку стоков от нефти не только на нефтеловушках, но и на всех последующих очистных сооружениях.
Пруды дополнительного отстоя
Сточные воды, прошедшие нефтеловушки, дополнительно отстаиваются от нефти, нефтепродуктов и взвешенных веществ в прудах дополнительного отстоя, которые устраиваются земляными, состоящими из секций, огражденных дамбами. В целях предотвращения загрязнения грунтового потока и прилегающих земель в прудах в зависимости от местных условий должны предусматриваться необходимые защитные мероприятия. Расчетное время отставания в прудах – 6–8 часов.
Для сброса всплывающих нефтепродуктов в прудах применяются нефтесборные устройства в виде шарнирных или поворотных нефтесборных труб. Удаление нефти с большой поверхности прудов является сложной задачей и имеющиеся устройства нуждаются в дальнейшем усовершенствовании.
Для освобождения прудов от выпавших осадков в прудах рекомендуется предусматривать (при благоприятном рельефе местности) донные выпуски. В остальных случаях предусматриваются устройства для сгребания осадка. На Ново-Горьковском заводе для этой цели используется самовсасывающий плавающий землесос с подачей осадка в шламонакопитель.
По данным Ново-Горьковского и Ново-Ярославского заводов (1969–1970 гг.) в стоках 1-ой системы канализации снижение содержания нефтепродуктов после прудов дополнительного отстоя составляло от 25 до 58 % от поступающего количества. Несмотря на ряд недостатков в устройстве прудов, трудностями, связанными со сбором нефти с большой поверхности, чисткой их от осадка, применение их перед последующими очистными сооружениями в настоящее время все еще необходимо.
Песчаные фильтры
Сточные воды после прудов дополнительного отстоя (промежуточных прудов) проходят очистку на песчаных фильтрах или на флотационных установках.
Очистка сточных вод от нефти методом фильтрования основана на способности нефтяных частиц прилипать во время фильтрования к поверхности зерен фильтрующего материала.
Песчаные фильтры представляют собой сооружения с прямоугольными железобетонными секциями, загруженными слоями песка и гравия, крупность которых возрастает сверху вниз. Направления фильтрации снизу вверх. Максимальная скорость фильтрации 5 м/час. Очищенная вода отводится с поверхности фильтра открытыми желобами, продолжительность фильтроцикла при скорости фильтрации 5 м/час и начального содержания нефтепродуктов 40–60 мг/л, составляет 150–200 часов.
Фильтр периодически промывается для удаления из него отложившейся нефти. Промывается фильтр горячей и холодной водой и продувкой воздуха. Необходимость выключения фильтра на регенерацию определяется ухудшением качества фильтрата. Промывная вода направляется на нефтеловушки грязной промывной воды, а затем проходит очистку со стоками второй системы канализации.
На Ново-Горьковском заводе для промывки фильтров используется очищенная вода 1-ой системы канализации. Расход промывной воды 1,2–1,5 % от количества очищенной воды.
Остаточное содержание нефтепродуктов после фильтров в значительной степени зависит от содержания нефтепродуктов в поступающей воде и составляет от них около 50 %. Так, при исследовании нами сточных вод после песчаных фильтров общего стока Пермского завода при содержании нефтепродуктов в поступающей воде 47,5–49,6 мг/л нефтепродуктов, в фильтрованной сточной воде обнаружено 22,0– 32,7 мг/л. В стоках Ново-Горьковского завода при содержащим нефтепродуктов в поступающей сточной воде 46,9–95,2 мг/л, в фильтрованной оставалось 28,8–52,7 мг/л. Снижение в среднем по заводам составляло 40–45 % (1960 г.).
По данным 1969–1970 г. такая эффективность песчаных фильтров в целом подтвердилась. Так, на том же Ново-Горьковском заводе остаточное содержание нефтепродуктов в сточных водах II-й системы канализации составляло 30– 40 мг/л при эффективности очистки 40–50 %. По данным последнего времени (1973 г.) средняя эффективность работы песчаных фильтров составляет 42 % для стоков I-й системы канализации и 39 % для стоков II-й системы канализации. Хорошо работают фильтры на Ново-Горьковском и Киришском заводах. Остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде этих заводов было ниже нормативных данных при эффективности работы фильтров до 50 %*.
_____________
* По «Нормам» остаточное содержание нефтепродуктов и воде после песчаных фильтров 30–40 мг/л.
Примеры этих заводов подтверждают возможность работы песчаных фильтров при должной конструкции и эксплуатации с эффективностью обеспечивающей нормативные данные.
Так как остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде после фильтров зависит и от эффективности работы предшествующих очистных сооружений – нефтеловушек и прудов дополнительного отстоя, то очевидно, что это требует надежного контроля за работой каждого сооружения.
Песчаные фильтры на большинстве заводов являются конечным сооружением очистки сточных вод I-й системы канализации, которые по проектам должны использоваться для подпитки систем оборотного водоснабжения и не сбрасываться в водоем. Однако в настоящее время очищенные стоки возвращаются в количествах значительно меньших проектных, что объясняется недостаточностью механической очистки этих стоков для использования в обороте. В настоящее время для сточных вод I-ой системы канализации рекомендуется биологическая очистка на самостоятельных сооружениях, что позволит действительно использовать их в оборотном водоснабжении и исключить из сточных вод, сбрасываемых в водоем. Такой узел биологической очистки уже осуществлен на Полоцком НПЗ.
Флотация
Для очистки сточных вод после основного узла нефтеулавливания, как было указано, применяется также флотация. Метод флотации заключается в том, что воздушные пузырьки, прилипающие к нефтяным частицам, поднимают их на поверхность воды в виде пены. Последняя быстро разрушается, а слой нефти удаляется нефтесборным устройством.
Практическое применение получили флотационные установки двух типов, различающиеся способом диспергирования воздуха: 1) турбиной насосного типа и 2) изменением давления (напорная флотация с добавлением коагулянта).
На предприятиях Миннефтехимпрома в 1972 г. флотаторы эксплуатировались на 10 предприятиях. Средний эффект очистки – 53 %. В 1973 г. на 16 предприятиях при среднем эффекте – 42,5 %.
Метод флотации нашел применение для очистки нефтесодержащих вод на промывочно-пропарочных станциях, на речном и морском транспорте дли очистки балластных и подсланевых вод, на нефтебазах.
Адгезионно-каскадные установки
Принцип действия, основанный на флотационном эффекте, заложен также в адгезионно-каскадных установках (АКС). Воздух здесь вовлекается в сточную воду, падающую струями с высоты около 6 м.
В 1972 г. установки каскадно-адгезионной сепарации работали на 7 предприятиях отрасли. Средний эффект очистки 34,7 %. В 1973 г. – на 8 предприятиях. Эффективность очистки – на этом же уровне, что и в 1972 г.
Таким образом для очистки стоков, направляемых на сооружение биологической очистки, имеется ряд методов.
Обработка уловленных нефтепродуктов и нефтешлама
Нефтепродукты, которые задерживаются на сооружениях основного узла нефтеулавливания, сильно обводнены.
Обезвоживание обводненной нефти производится в разделочных резервуарах в условиях подогрева. Содержание воды в ловушечном продукте 50–70 %. В подготовленном продукте содержание воды не должно превышать 2–5 %, содержание мехпримесей 1–2 %.
После обезвоживания нефтепродукты подаются на переработку в основном производстве.
В подтоварной воде содержится 20–1500 мг/л нефтепродуктов, взвешенных веществ 40–500 мг/л. Оброс ее производится в сеть канализации II-ой системы перед нефтеловушками.
В процессе механической очистки сточных вод в сооружениях образуются осадки (нефтешлам), которые направляются в шламонакопители. Сюда же направляются осадки из резервуаров с нефтью, а также осадки и из нефтеотделителей оборотной системы.
Шламонакопители представляют собой обвалочные земляные емкости, разделенные на секции. Сооружения рассчитываются на 5–10 лет.
Отделившаяся от осадка вода сливается сверху через переливные колодцы и возвращается на очистные сооружения.
Объемы осадков бывают очень большими и проблема их удаления является весьма сложной.
В настоящее время внедряется в практику метод сжигания нефтешлама.
Установки сжигания нефтешлама эксплуатируются на Ново-Ярославском, Уфимском заводах и построены на Полоцком нефтеперерабатывающем заводе. Согласно приказу Миннефтехимпрома от 21.1.1972 г. № 48 к 1976 г. установки сжигания нефтешлама будут построены еще на 8 предприятиях отрасли.
Биохимическая очистка и методы доочистки
Сточные воды, прошедшие механическую, физико-механическую или физико-химическую очистку содержат еще значительное количество растворенных и тонкодиспергированных нефтепродуктов, а также других органических загрязнений, вследствие чего не могут быть сброшены в водоем без дальнейшей очистки. Для этой цели на современных нефтеперерабатывающих заводах применяется биохимическая очистка. Применение биохимической очистки стало особо актуальным при развитии нефтехимических производств на НПЗ.
Биохимическая очистка нефтесодержащих сточных вод может производиться как в смеси с хозяйственно-бытовыми водами, так и самостоятельно. В первом случае биогенные элементы черпаются из бытовой сточности воды, во втором случае требуется добавлять их. Обычно добавляют соль фосфорной кислоты и соль аммония. Для ориентировочных расчетов потребного количества биогенных элементов пользуются соотношением БПК : N : P=100 : 5 : 1.
Ориентировочные данные уточняются в процессе эксплуатации. В результате аэробных окислительных процессов органическое вещество сточных вод минерализуется до конечных продуктов – углекислоты и воды или до промежуточных продуктов.
Изучение химических изменений, происходящих с углеводородами нефти, показало что только небольшая часть углеводородов нефти окисляется полностью до углекислоты и воды (Е.В. Коллерова, 1967). Основная часть превращается в продукты неполного окисления углеводородов – многоатомные спирты, альдегиды, фенолы, органические кислоты. Часть углеводородов нефти расходуется на прирост биомассы активного ила. Так как биохимическая очистка сопровождается аэрацией, то при этом часть органических веществ (до 30–40 %) выдувается – это наиболее летучие углероды, а также продукты их окисления (альдегиды, спирты и пр.). В активном иле происходит накопление углеводородов с более высоким молекулярным весом.
В процессе биохимической очистки сточных вод происходит также окисление и некоторых минеральных веществ–сероводорода до серы и серной кислоты, а аммиака до азотистой и азотной кислот (нитрификация).
Для биохимической очистки нефтесодержащих сточных вод применяются те же сооружения, что и для очистки бытовых сточных вод аэрофильтры, аэротенки. Аэротенки являются более легко управляемыми и более эффективными сооружениями для очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий.
Аэрофильтры для очистки сточных вод эксплуатируются на Ново-Горьковском и Полоцком нефтеперерабатывающих заводах в настоящее время лишь в качестве II ступени. В качестве первой ступени биохимической очистки эксплуатируются аэротенки.
В «Нормах по проектированию водоснабжения и канализации нефтеперерабатывающих заводов» для сточных вод II-й системы канализации рекомендуется биохимическая очистка в смеси с хозяйственно-бытовыми водами. Оптимальное соотношение производственных и хозяйственно-бытовых стоков 1:1, минимальное – 1–0,3. В качестве хозяйственно-бытовых стоков используются стоки завода, поселков, городов. На Рязанском НПЗ биологическая очистка стоков проводится совместно со стоками города и другими промстоками района.
Перед поступлением в аэротенки промстоки не проходят отстаивания в первичных отстойниках, а бытовые воды до смещения с производственными отстаиваются в первичных отстойниках. Применяется одноступенчатая и двухступенчатая биохимическая очистка. Характеристика стоков, обуславливающая применение того или иного вида очистки, приведена в таблице.
| №№ п/п | Наименование загрязнений | Одноступенчатая | Двухступенчатая |
| 1. | Нефтепродукты, мг/л | ||
| 2. | БПКполн, мг/л О2 | ||
| 3. | Сульфиды, мг/л | ||
| 4. | Соли, г/л | ||
| 5. | Деэмульгатор по допустимой концентрации |
Одноступенчатая очистка стоков второй системы
| Расчетные параметры: | |
| Продолжительность аэрации | 6–8 часов |
| Объем регенератора | 30 % |
| Удельный расход воздуха при высоте слоя воды в аэротенке 4 м | 20–-25 м3/м3 |
| Концентрация активного ила по сухому веществу | 2- -3 г/л |
| Средний прирост активного ила по сухому веществу | 22 |
| Концентрация биогенных элементов – | 25 г/м |
| азота | 10–15 мг/л |
| фосфора | 2-3 мг/л |
| Продолжительность отстаивания на вторичных отстойниках | 3 част |
| Расчетный эффект очистки (мг/л): | |
| БПКполн | 15-20 |
| Вещества, экстрагируемые серным эфиром* | 10–15 |
| В том числе углеводороды нефти | 3–5 |
| Взвешенные вещества | 25–30 |
| Растворенный кислород | 3–4 |
| Запах нефтепродуктов | отсутствует |
_______________
* По «Унифицированным методам анализа вод» (М., 1973 г.) в качестве экстрагента для извлечения нефти и нефтепродуктов из воды рекомендуется растворитель – хлороформ, вместо серного эфира, или четыреххлористый углерод.
Двухступенчатая очистка стоков второй системы
| Расчетные параметры: | |
| Продолжительность аэрации – | |
| в первой ступени | 34 часа |
| во второй ступени | 6–8 часов** |
| Удельный расход воздуха при высоте слоя воды в аэротенке 4м – | |
| на первой ступени | 30–40 м3/м3 |
| на второй ступени | 15–20 м3 |
| на 1 м3 | |
| Концентрация активного ила по сухому веществу – | |
| в первой ступени | 3–4,5 г/л |
| во второй ступени | 0,5–1 г/л |
| Продолжительность отстаивания – | |
| после первой ступени | 1,5 часа |
| после второй ступени | 3 часа |
___________________
** На некоторых действующих заводах, в зависимости от условий проведения биохимической очистки, применяется большая продолжительность аэрации – 18 часов и более.
Концентрацию биогенных элементов принимают такую же, как для одноступенчатой очистки.
Регенерацию ила рекомендуется производить только в первой ступени. Объем регенератора должен составлять 30 % от объема сооружений 1 ступени.
| Расчетный эффект очистки (мг/л): | |
| БПКполн | 1020 |
| Вещества экстрагируемые серным эфиром* | 820 |
| В том числе углеводородов нефти | 35 |
| Запах нефтепродуктов | отсутствует. |
| Деэмульгатор | по расчету |
| Взвешенные вещества | 25–30 |
| Фенолы (при исходном в смеси 20) | 0,1 |
| Растворенный кислород | 34 |
Для сточных вод первой системы канализации, как указано было выше (см. стр. 19), биохимическая очистка рекомендуется как один из методов, позволяющий использование всех промливневых вод в оборотных системах водоснабжения. Очистка рекомендуется одноступенчатая с биогенной подпиткой.
| Расчетные параметры: | |
| Продолжительность аэрации | 6 часов |
| Объем регенератора | 30 % |
| Удельный расход воздуха при высоте слоя воды в аэротенке 4 м | 25–30 м3/м3 |
| Концентрация активного ила по сухому веществу | 2–4 г/л |
| Средний прирост активного по сухому веществу | 2550 г/л |
| Концентрация биогенных элементов: | |
| Фосфора | 3 мг/л |
| Люта | до 15 мг/л (добавляется в случае необходимости) |
| Продолжительность отстаивания во вторичных отстойниках | 3 часа |
| Расчетный эффект очистки (мг/л): | |
| БПКполн | 15–20 |
| Вещества, экстрагируемые серным эфиром | 10–15 |
| В том числе углеводороды нефти | 3–5 |
| Взвешенные вещества | до 25 |
