Очистка сточных вод нефтебазы

 – минимальная гидравлическая  крупность флотоагрегатов в выделительной  камере в реальных условиях  флотации, мм/с, определяется по  номограмме исходя из средней  скорости пузырьков и высоты  флотационной камеры, [9];

,

 то есть тождество выполняется.

Условия (2.6) и (2.7) соблюдаются, значит флотоагрегаты полностью  выделяются из потока сточных вод.

Таким образом, эффективность  очистки воды во флотаторах

.

По опытным данным для  нефтесодержащих сточных вод  нефтебаз эффективность очистки  воды во флотаторах, в зависимости  от применения коагуляции, составляет от 0,65 до 0,95. Высокая эффективность флотационной очистки достигается за счет применения комбинированной флотации и высокоосновного оксихлорида алюминия.

             Фильтры

 Под фильтрованием понимается механический способ очистки сточных воды путем прилипания мелкодиспергированных нефтепродуктов и легких взвешенных веществ к поверхности фильтрующего материала. В качестве фильтрующих материалов используются кварцевый песок или гранитная крошка и активированный уголь.

Зернистый фильтр

Фильтрование производится в две ступени на напорных однослойных  фильтрах, загруженных кварцевым  песком или гранитной крошкой. На первой ступени крупность загрузки от 2,0 до 5,0 мм, на второй ступени – от 0,8 до 2,0 мм. Общий слой загрузки 1,2 м. Процесс взаимного прилипания веществ связан с показателем смачиваемости [9]. Сходственные вещества хорошо смачиваются друг другом, и наоборот. Кварц относится к числу гидрофильных веществ (вещества хорошо смачиваемые водой). При использовании в качестве фильтрующей среды кварца прилипание частиц нефтепродуктов к его чистой поверхности будет затруднено. Однако гидрофильные свойства отдельных участков поверхности, частиц кварцевого песка неодинаковы. Наличие менее гидрофильных участков делает возможным прилипание к ним нефтепродуктов. С течением времени прилипающие частицы оттесняют пленку воды с гидрофильных участков поверхностей зерна и покрывают его полностью. В связи с этим при фильтрации нефтесодержащих вод через свежий песок высокая степень очистки воды наступает не сразу. Фильтры имеют высоту 2 м и укомплектованы узлом интенсивной регенерации, который включается в работу периодически один раз в квартал или в полгода и служит для предупреждения кальматации загрузки. Период работы узла интенсивной регенерации зависит от качества фильтруемой воды и определяется опытным путем во время пуско-наладочных работ. Узел включает гидроэлеватор, размещенный внутри фильтра, и напорный гидроциклон диаметром 150 мм. На узел подается чистая вода расходом 7 – 10 м³/час с давлением 8 – 9 атм. Песчаная пульпа, с разрушенными агломератами в турбулентных полях гидроэлеватора и гидроциклона, выгружается через нижний шламовый насадок гидроциклона в фильтр, а загрязненная вода через сливной патрубок гидроциклона, через задвижку отводится по трубопроводу в коллектор грязных промывных вод. Промывка фильтров производится два раза в сутки и каждый раз при прекращении подачи воды вследствие опорожнения буферных резервуаров. Регенерация фильтровальной загрузки – водо-воздушная при попеременной подаче воздуха и воды. Одновременная их подача исключается. Интенсивность подачи воды составляет 10 л/с на 1 м², воздуха – 20 л/с на 1 м².

Алгоритм промывки зернистых  песчаных фильтров следующий:

1. Фильтр выключается из работы. Закрываются задвижки на подающем и отводящем трубопроводах.
2. Открывается задвижка на трубопроводе, отводящем грязную промывную воду.
3. Включается компрессор.
4. Открывается задвижка на патрубке, подводящем воздух на фильтр:

• продувка воздухом загрузки в течение 5 мин.;

• закрывается задвижка на подаче воздуха;

5. Включается промывной насос:

• открывается задвижка на подаче промывной воды. Подача воды в течение 3 мин;

• закрывается задвижка на подаче воды;
• открывается задвижка на подаче воздуха. Продувка 5 мин.;
• закрывается задвижка на подаче воздуха;
• отключается компрессор.

6. Открывается задвижка на подаче промывной воды. Промывка в течение 4 мин;

• закрывается задвижка подачи промывной воды;
• отключается промывной насос.

7. Открывается задвижка на подаче воды после флотации.

8. Открывается задвижка на отводе фильтрованной воды.

Фильтр включен в работу.

Объем резервуара чистой воды, м³, для промывки одного фильтра диаметром 2 м, можно найти по формуле

             , (2.8)

             где – интенсивность подачи воды на единицу площади, , ;

 – диаметр фильтра, м,  ;

 – время промывки одного  фильтра, мин., ;

.

Таким образом, объем резервуара чистой воды для промывки двух фильтров диаметром 2 м, должен быть 26,4 м³. На этот объем и рассчитан резервуар чистой воды, а грязная промывная вода подается в отстойник промывных вод. Продолжительность промывки одного зернистого фильтра, с учетом продолжительности закрытия и открытия запорной арматуры, составляет примерно 30 мин. При работе одновременно всех четырех фильтров общая продолжительность промывки будет 2 ч. Из этого следует, что продолжительность отстаивания в отстойнике грязных промывных вод до поступления новых порций может быть порядка 8 – 9 ч. Резервуар, имеющий две секции по 13,2 м³ позволяет увеличить продолжительность отстаивания между поступлением новых порций воды. Поскольку требуется время на откачку отстоявшейся воды, принимается две секции отстойника объемом 13,2 м³ каждая. Одна секция наполняется, а из другой отстоявшаяся вода откачивается в один из буферных резервуаров. Поскольку в воде, подаваемой на фильтры, присутствуют органические загрязнения, в загрузке может развиваться микрофлора, поэтому периодически производится дезинфекция загрузки раствором гидрохлорида натрия, получаемого на электролизере АГД-150. Концентрированный продукт содержит 150 г./л хлора, разбавляется до концентрации 0,3 г/л и подается в опорожненный фильтр. После дезинфекции использованный раствор вытесняется водой, подаваемой на промывку. Режим регенерации уточняется во время эксплуатации. После фильтрования через кварцевую загрузку вода подается на сорбцию.

Сорбционный фильтр

Для глубокой очистки сточных  вод от нефтепродуктов, находящихся  в тонкоэмульгированном и растворенном состояниях применяется адсорбционный  метод. Адсорбция – процесс поглощения из сточных вод, растворенных в ней  веществ, поверхностью твердых тел-сорбентов. При адсорбции молекулы растворенного вещества из сточных вод под действием силового поля поверхности переходят на поверхность сорбента. Сила, с которой удерживается извлеченное из воды вещество на поверхности сорбента, определяется разностью двух сил межмолекулярного взаимодействия. Чем больше энергия гидратации поверхности молекул извлекаемого вещества, тем слабее адсорбируется вещество из раствора. Адсорбция является обратимым процессом. При неизменных прочих условиях скорости адсорбции и десорбции пропорциональны концентрации вещества в растворе и на поверхности адсорбента. По достижении равновесной концентрации, то есть

 когда количество адсорбируемых  молекул сравняется с количеством  десорбируемых, концентрация вещества  в растворе становится постоянной. Принцип сорбционной очистки аналогичен фильтрованию через кварцевую загрузку, отличие состоит в наполнителе. Сорбционные фильтры загружаются активированным углем АГ-3 или КАД (молотый), который является наиболее эффективным пористым материалом. Их пористость составляет 60 – 75%, а удельная поверхность 400 – 900 тыс. м²/кг . Отличие конструкции сорбционных фильтров от зернистых заключается в верхней сборно-распределительной системе, которая выполняется с дренажными колпачками подобно нижней дренажной системы и в отсутствии узла интенсивной регенерации (гидроэлеватора и гидроциклона). Внутренняя поверхность фильтра покрыта антикоррозионным покрытием, которое предупреждает возникновение гальванической пары уголь-железо. Для поддержания фильтрующей способности загрузки, ее необходимо промывать раз в неделю очищенной водой пониженной интенсивности без применения воздуха. Также активированную загрузку следует периодически пропаривать острым паром или горячей водой в течение, примерно, одного часа. Грязная вода от промывки направляется в одну из секций грязных промывных вод, и после отстаивания вода откачивается в буферные резервуары. При нормальной эксплуатации фильтров сорбционная способность загрузки будет сохраняться в течение 1 – 1,5 года. По истечении этого времени загрузка заменяется, поскольку регенерация небольших объемов связана с большими затратами.

Расчет потерь напора в  дренажной и распределительной  системах фильтра

Расчет потерь напора при  фильтровании ведется по методике, разработанной профессором А.И. Егоровым.

Расход промывной воды, приходящейся на один колпачок:

             ,      (2.9)

            где – расход сточных вод, м³/ч;

 – количество колпачков,  шт., .

При расходе сточных вод, подаваемых на очистку 

;

при расходе сточных вод, подаваемых на один фильтр

.

Расчет потерь напора по длине в дренажной системе  фильтров

Потери напора по длине, м, определяются по формуле:

            , (2.10)

             где – коэффициент, зависящий от равномерности распределения воды;

 – скорость потока воды  в распределительном коллекторе, м/с;

 – скорость потока воды  в длинном ответвлении, м/с;

 – скорость потока воды  в коротком ответвлении, м/с.

Величина равномерности  распределения воды зависит от соотношения площадей ответвлений на колпачки к сечению распределительного коллектора

           , (2.11)

 

где – количество ответвлений на колпачки, шт., ;

 – диаметр колпачков, м,  ;

 – диаметр распределительного  коллектора, м,  ;

.

Исходя из значения показателя по графику [12] определяется коэффициента равномерности распределения воды . Коэффициент определяется по таблице при , .

 

Скорость потока воды в  распределительном коллекторе:

            , (2.12)

            при расходе сточных вод

;

при расходе сточных вод 

.

Скорость потока воды в  длинном ответвлении:

          , (2.13)

           где – диаметр отводящих радиальных ответвлений, м, ;

при расходе промывной  воды

;

при расходе промывной  воды

.

Скорость потока воды в  коротком ответвлении:

           , (2.14)

           при расходе промывной воды

;

при расходе промывной  воды

.

Таким образом, потери напора по длине в дренажной системе  составят:

при расходе сточных вод 

;

в двух системах ;

при расходе сточных вод 

;

в двух системах .

Учитывая высоту фильтров и их количество для каждого варианта, общие потери напора в системе фильтров составят:

при расходе сточных вод 

;

при расходе сточных вод 

.

Расчет местных потерь напора в дренажной системе фильтров

К местным потерям напора относятся:

1. Потери напора в патрубке колпачка и при расширении струи

 

, (2.15)

 

где – скорость потока в патрубке распределительной системы, м/с;

 – скорость фильтрования, м/с.

Скорость в патрубке распределительной  системы определяется по формуле:

        

   , (2.16)

            где – диаметр патрубков для распределения воды, м, ;

при расходе промывной  воды

;

при расходе промывной  воды

.

Скорость фильтрования выражается следующим образом:

           , (2.17)

           где – диаметр фильтра, м, ;

при расходе сточных вод 

;

при расходе сточных вод 

.

 

Таким образом, потери напора в патрубке колпачка и имеющие  место при расширении струи составят:

при расходе сточных вод 

;

при расходе сточных вод 

,

потери напора в патрубке колпачка и имеющие место при  расширении струи много меньше потерь давления, связанных с высотой  самого фильтра.

2. Потери напора при сжатии струи, что имеет место при фильтровании, когда вода собирается дренажной системой

, (2.18)

при расходе сточных вод 

;

при расходе сточных вод 

,

что также много меньше потерь давления, связанных с высотой  самого фильтра.