Спосіб комплексного захисту водних об’єктів від забруднення продуктами нафтоперероблення

Реферат: UA 122029 U UA 122029 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до охорони навколишнього природного середовища, а саме до комплексного захисту водних об'єктів від забруднення продуктами нафтоперероблення у зонах розміщення нафтопереробних заводів. Нафтопереробні заводи (НПЗ) належать до категорії підприємств з високим споживанням води та значним скидом стічних вод у водні об'єкти (моря, річки, озера). Нафта, нафтопродукти, а також хімічні реагенти органічного та неорганічного походження, потрапляючи до стічних вод, роблять їх отруйними. У випадку потрапляння продуктів нафтоперероблення до підземних вод на територіях, що межують з поверхневими водними об'єктами, створюється суттєва небезпека щодо їх забруднення фільтраційними потоками, що розвантажуються у природні поверхневі водні об'єкти [1, 2]. Скиди недостатньо очищених стоків до водних об'єктів при об'ємах, близьких до водоспоживання, можуть призвести до негативних екологічних наслідків: порушення кисневого режиму водойми, неможливості використання водних ресурсів для господарськопитних та культурно-побутових потреб, загибелі представників фауни тощо [3]. Практика експлуатації НПЗ показала, що тільки введення біохімічного очищення стоків першої та другої систем каналізації завода дозволяє повністю використовувати очищені стоки першої системи каналізації у системі виробничого водопостачання НПЗ та скидати очищені стоки другої системи до водних об'єктів, не наносячи шкоди їхнім флорі та фауні. Відомо про спосіб біохімічного очищення промислових стоків у одноступеневих або двоступеневих аеротенках з введенням біогенних добавок [4]. Ступінь очищення стічних вод у аеротенках складає при одноступеневому очищенні 55-90 %, а при двоступеневому очищенні по БСК 93-97 %, по нафтопродуктам 70-90 %, по фенолу 99-100 %, що недостатньо для їхнього скиду до водних об'єктів рибогосподарського призначення. Подача великої кількості повітря до аеротенків призводить до того, що самі очисні споруди є значним джерелом забруднення повітря вуглеводнями. Відомо про спосіб біохімічного очищення промислових стоків з використанням мембранних біологічних реакторів (МБР), що поєднують у собі процеси мікрофільтрації та ультрафільтрації, а також аеробного розкладення субстрату мікроорганізмами [5]. Порівняно з класичними біореакторами технологія МБР підвищує продуктивність очисних споруд за рахунок збільшення концентрації активного мулу в аеротенках та зменшує габарити очисних споруд за рахунок заміни вторинного відстоювання та фільтрування на мембранне очищення. Ефективність видалення бактерій на МБР складає 99,9999 %, вірусів 99,9 %. Недоліком даного способу є застосування програми хімічного оброблення стоків розчинами гіпохлориту натрію і лимонної кислоти для регенерації поверхні мембран. Відомо про спосіб глибокого доочищення промислових стоків з використанням активованого вугілля [6], що дозволяє отримати очищені стоки з вмістом нафтопродукту менше 0,05 мг/л. Недоліком даного способу є утворення твердих відходів вугілля, насиченого забруднювальними речовинами. Відомо про спосіб зменшення об'єму промислових стоків, що включає їхнє випарювання з наступною утилізацією солей і використанням отриманого конденсату у системі промислового водопостачання НПЗ [7]. Недоліком цього способу є висока вартість утилізації стоків та забруднення повітря продуктами спалювання вуглеводневого газу. На сьогоднішній день на багатьох НПЗ здійснюють скиди умовно очищених промислових стоків у ставки-випаровувачі, які є складовою частиною очисних споруд та розраховані на випаровування частково очищених мінералізованих промстоків [3]. Не дивлячись на те, що причини виникнення аварійних ситуацій на ставках-випаровувачах практично відсутні, проте існує ймовірність потрапляння у до них стічних вод НПЗ без належного очищення або пошкодження протифільтраційної дамби при збільшенні об'єму стоків. Це призводить до забруднення ґрунтових вод солями та продуктами нафтоперероблення у результаті техногенної інфільтрації води зі ставка-випаровувача [2]. У багатьох випадках скиди умовно очищених промислових стоків здійснюють у поверхневі водні об'єкти рибогосподарського призначення. Проте при цьому не враховують вплив фільтраційних потоків ґрунтових вод, що також розвантажуються у природні поверхневі водні об'єкти та інколи є основним джерелом надходження забруднювальних речовин. Головною причиною цього є просочування до ґрунту нафтопродуктів через нещільності резервуарних парків, а також промислових стічних вод через морально і фізично застаріли каналізаційні мережі та елементи очисних споруд НПЗ [8]. Існуючі промислові способи очищення ґрунтових вод від нафтопродуктів зосереджені здебільшого на уловлюванні та відведенні тільки вільних поверхневих нафтопродуктів із зони забруднення ("лінзи") із використанням свердловин та дренажних систем [9]. До недоліків цих способів слід віднести направленість на вилучення з допомогою відкачування тільки 1 UA 122029 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поверхневого нафтопродукту, а забруднені ґрунтові води рухаються далі у напрямку водного об'єкта. Відомо про спосіб вилучення нафтопродуктів завдяки спорудженню протифільтраційної завіси нижче залягання забрудненого нафтопродуктом ґрунту та відведення продуктів очищення за межі ділянки за допомогою перехоплюючого каналу [10]. До переваг даного способу слід віднести низьку вартість та низькі трудозатрати. Недоліком цього способу є низький рівень очищення, втрати вуглеводнів з відкритої поверхні каналу за рахунок випаровування, підвищена пожежна небезпека та велика ймовірність зсуву ґрунтів і перекриття русла каналу. Відомо про спосіб очищення ґрунтових вод за рахунок створення аеробних умов та заселення у ґрунтові води штамів мікроорганізмів, що найбільш активно розкладають нафтові вуглеводні [11]. Недоліком цього способу є невисока якість очищення при вмісті нафтопродуктів у воді більше 1000 мг/л та висока тривалість очищення. Найбільш близьким за технічною суттю до заявленого способу є схема водоспоживання та водовідведення НПЗ, що включає стадії механічного, фізико-хімічного та біохімічного очищення з використанням біохімічно очищених міських стоків для підживлення оборотних систем та випарювання засолених стоків [7]. Застосуванням цієї схеми практично забезпечують роботу заводу без забору свіжої води та скиду промстоків до водних об'єктів, що є природоохоронним заходом, проте існує можливість забруднення прилеглих водних об'єктів ґрунтовими водами, що надходять з території НПЗ. Недоліком цієї схеми є використання установки випарювання засолених стоків, яка являє собою джерело забруднення атмосфери димовими газами. В основу корисної моделі поставлено задачу розроблення способу комплексного захисту водних об'єктів у зонах розміщення НПЗ від забруднення продуктами нафтоперероблення (нафтопродукти, феноли, азот амонійний, сульфіди тощо), що містяться у промислових стоках та забруднених ґрунтових водах. Спосіб включає стадію перехоплення та відкачування із зон забруднення нафтопродуктів і ґрунтових вод підземними дренами та свердловинами, роздільне відкачування прісних і засолених ґрунтових вод та їхнє подальше очищення на загальнозаводських очисних спорудах НПЗ. Очищені прісні ґрунтові води повторно використовують у системі промислового водопостачання, а уловлений нафтопродукт направляють на повторне перероблення. Очисні споруди другої системи каналізації НПЗ обладнують блоками механічного очищення, фізико-хімічного очищення, біохімічного очищення з використанням аеротенків та мембранних біологічних реакторів, блоком доочищення, який поєднує процеси каталітичного доокиснення забруднювальних речовин та поглинання їхніх слідів на гранульованому активованому вугіллі, що дозволяє скидати глибоко очищені стічні води у водні об'єкти рибогосподарського призначення і попереджати потрапляння до них промислових і ґрунтових забруднених вод. Технічний результат полягає у розробленні раціональної схеми водопостачання та каналізації НПЗ, що дозволяє суттєво скоротити енергетичні та матеріальні витрати на очищення суміші забруднених уловлених ґрунтових вод та стічних вод НПЗ і запобігти забрудненню водних об'єктів продуктами нафтоперероблення. На кресленні представлена схема водоспоживання та водовідведення НПЗ, що дозволяє реалізувати спосіб комплексного захисту водних об'єктів від забруднення продуктами нафтоперероблення. Заявлений спосіб здійснюють таким чином. Промислові стічні води відводять з заводу двома основним системам каналізації стоків. В першу систему К-3 збирають малотоксичні нафтовмісні стоки від виробничих об'єктів НПЗ поз. 1, а також забруднені нафтопродуктами атмосферні опади та відкачану за допомогою дрен поз. 2 і свердловин поз. 3 забруднену прісну ґрунтову воду. До другої система каналізації К-13 спрямовують забруднені засолені ґрунтові води та промислові стічні води, що містять у значних концентраціях солі, мінеральні та органічні кислоти, сірчисті сполуки, феноли та емульсії. Господарсько-побутові стоки К-1 збирають від адміністративно-побутових приміщень НПЗ, їдалень тощо. На ділянках з високим коефіцієнтом фільтрації ґрунту та глибиною залягання ґрунтових вод до трьох метрів поперек напряму їхнього руху закладають перехоплюючі дрени поз. 2. Уловлені обводнені нафтопродукти та ґрунтові води самопливно стікають до приймальних колодязів, звідки після відстоювання занурюваними насосами нафтопродукти НУ відкачують на блок розділення уловлених нафтопродуктів поз. 4, а ґрунтові води залежно від вмісту солей відкачують на блоки механічного очищення першої К-3 та другої К-13 систем каналізації відповідно. На ділянках, де глибина залягання ґрунтових вод перевищує три метри, закладають 2 UA 122029 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 експлуатаційні свердловини поз. 3 для перехоплення і відкачування обводнених нафтопродуктів, ґрунтових вод з метою їхнього подальшого очищення та перешкоджають їхньому рухові до зон розвантаження у водний об'єкт поз. 5. Промислові стоки першої К-3 та другої К-13 систем каналізації спочатку очищують на блоках механічного поз. 6/1, 6/2 та фізико-хімічного поз. 7/1, 7/2 очищення, а потім спрямовують на блоки біохімічного очищення поз. 8/1, 8/2, до яких входять камери змішування, аеротенки та мембранні біологічні реактори (МБР). У камерах змішування стічні води усереднюють та перемішують з біогенними добавками за рахунок барботажу стисненого повітря. Для зменшення видатку біогенних добавок до промислових стоків першої К-3 та другої К-13 систем каналізації додають у різних пропорціях господарсько-побутові стоки К-1, які проходять попереднє очищення від механічних домішок на блоці механічного очищення поз. 6.3. Господарськопобутові стоки мають значну кількість фосфоровмісних та азотовмісних забруднювальних речовин та забезпечують мінімальне співвідношення біогенних елементів БСК пов.: азот:фосфор=100:5:1 у суміші з промстоками. Із камер змішування стоки з температурою до 35 °C спрямовують до аеротенків, де знешкоджують забруднювальні речовини киснем, що надходить під тиском з потоком відпрацьованого технічного повітря азотних станцій НПЗ з вмістом кисню не менше 30-32 %. Цим досягають максимальної аерації стічних вод, використовуючи вторинні енергетичні ресурси НПЗ. Частково очищені стоки після аеротенків спрямовують до камер із зануреними МБР де проводять фільтрування під дією вакууму, що створюють на внутрішній поверхні мембранних волокон самовсмоктуючими насосами фільтрування. При цьому суміш стічних вод та активного мулу фільтрують через поверхню мембран ззовні в середину. Очищену воду спрямовують по напірним трубопроводами на знезараження, а активний мул залишають у мембранному резервуарі і підтримують у завислому стані за допомогою системи аерації, вбудованої в мембранний модуль. Цим досягають підвищення концентрації активного мулу в МБР до 10-20 г/л, що дає можливість очищати висококонцентровані стічні води з вмістом забруднювальних речовин по ХСК до 4-5 г/л. Ефективність очищення стоків на МБР дуже висока, тому безпосередньо після них очищену воду першої системи К-3 знезаражують ультрафіолетовими лампами на блоці поз. 9/1 та спрямовують потік КО-3 на підживлення блоків обігового водопостачання поз. 10 і для потреб виробничих об'єктів НПЗ поз. 1, мінімізуючи споживання свіжої води В-1 із зовнішніх джерел. Стоки другої системи каналізації К-13 із-за великого вмісту мінеральних солей не використовують у обігових системах водопостачання НПЗ, а після блока біохімічного очищення поз. 8.2 та знезараження поз. 9.2 спускають до водних об'єктів, де вміст забруднювальних продуктів нафтоперероблення обмежують ГДК. У тому випадку, якщо біохімічно очищені стоки після МБР не відповідають по якості нормам "Правила охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами" передбачають їхнє доочищення на блоці поз. 8/21, де поєднують процеси каталітичного доокиснення забруднювальних речовин та поглинання їхніх слідів гранульованим активованим вугіллям. Тому після очищення на МБР у потік стічних вод другої системи К-13 дозують у статичному змішувачі пероксид водню та рідкий каталізатор, щоб окиснити сліди ХСК, сульфідів і фенолів до нейтральних речовин без утворення небезпечних проміжних продуктів реакції. Для створення найкращих умов каталітичної деструкції забруднювальних речовин у стічних водах регулюють базисну кислотність додаванням розчину гідроксиду натрію. Каталітична деструкція забруднювальних речовин перебігає безпосередньо у резервуарі, де стічні води утримують та ретельно перемішують упродовж однієї години. Для фінального доочищення передбачають фільтрування через гранульоване активоване вугілля, що поглинає сліди найбільш хімічно стійких продуктів нафтоперероблення та проміжних продуктів метаболізму мікроорганізмів. Очищену воду спрямовують на ультрафіолетове знезараження до блока поз. 9/2, а потім потік КО-13 спускають до об'єкта рибогосподарського призначення поз. 5. Балансову кількість господарсько-побутових стоків К-1 НПЗ разом з міськими стоками К-1/1 після блока механічного очищення поз. 6/3 спрямовують на очищення до аеротенків та МБР блока біохімічного очищення поз. 8/3, знезаражують ультрафіолетовим опроміненням на блоці 9/3 та використовують для іригації зелених насаджень або скидають потік КО-1 до водного об'єкта рибогосподарського призначення поз. 5. У разі виникнення нештатних аварійних ситуацій на очисних спорудах стічні води тимчасово 3 спрямовують до залізобетонних аварійних амбарів поз. 11, загальним об'ємом до 20 тис. м , а потім повторно очищують на спорудах другої системи каналізації. Перехоплені нафтопродукти НУ з дрен поз. 2, експлуатаційних свердловин поз. 3 та блоків механічного очищення поз. 6/1, 6/2 очисних споруд системою трубопроводів та насосних спрямовують до резервуарів блока розділення уловленого нафтопродукту поз. 4, де 3 UA 122029 U 5 перехоплені нафтопродукти нагрівають до 60 °C та відстоюють протягом 12 годин. Нафтопродукт НО із вмістом води не більше 2 % (мас.) та механічних домішок 0,5 % (мас.) спрямовують на повторне перероблення, а підтоварну воду дренують до каналізації другої системи К-13. Якість очищених стічних вод першої системи каналізації представляють у прикладі 1. Приклад 1 Стаття Одиниця виміру 1 ХСК БСК5 БСКпов. Завислі частинки Нафтопродукти Феноли Азот амонійний Сульфіди СПАР Фосфати Мінералізація рH 2 мг О2 /л мг О2 /л мг О2 /л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л мг/л До очищення Після блока Після блока Після блока мех. фіз.-хім. біохімічного очищення очищення очищення 3 4 5 6 ≤4500 ≤720 ≤288 ≤29 ≤3050 ≤200 ≤130 ≤7 ≤3150 ≤2200 ≤250 ≤25 ≤200 ≤20 ≤10 ≤1,5 ≤5000 ≤435 ≤20 ≤1,5 ≤7 ≤7 ≤5 ≤0,5 ≤30 ≤30 ≤24 ≤2,4 ≤10 ≤10 ≤10 ≤4 ≤3 ≤3 ≤1 ≤0,1 ≤0,5 ≤0,5 ≤0,5 ≤0,1 500÷700 500÷700 500÷700 500÷700 7÷8,5 7÷8,5 7÷8,5 7÷8,5 Якість очищених стічних вод другої системи каналізації представляють у прикладі 2. 10 Приклад 2 Після До Після Після блока Після блока Після Одиниця каталіт. Стаття очищен- блока мех. фіз.-хім. біохім. фільтрувиміру окиснення очищення очищення очищення вання ня 1 2 3 4 5 6 7 8 ХСК мг О2 /л ≤2000 ≤285 ≤114 ≤11 ≤3,42 ≤0,06 БСК5 мг О2 /л ≤1150 ≤230 ≤130 ≤10 ≤2 ≤0,04 БСКпов. мг О2 /л ≤1350 ≤270 ≤250 ≤2,5 ≤2,5 ≤2,5 Завислі частинки мг/л ≤80 ≤8 ≤2,4 ≤2,4 ≤5 ≤0,1 Нафтопродукти мг/л ≤10000 ≤150 ≤15 ≤0,5 ≤0,5 ≤0,01 Феноли мг/л ≤10 ≤9 ≤8 ≤1 ≤0,05 ≤0,001 Азот амонійний мг/л ≤30 ≤30 ≤24 ≤2,1 ≤2,1 ≤0,04 Сульфіди мг/л ≤30 ≤30 ≤30 ≤3 ≤0,15 ≤0,003 СПАР мг/л ≤15 ≤3 ≤0,2 ≤0,5 ≤0,5 ≤0,5 Фосфати мг/л ≤1 ≤1 ≤1 ≤0,1 ≤0,1 ≤0,1 Мінералізація мг/л ≤15000 ≤15000 ≤15000 ≤15000 ≤15000 ≤15000 pН 7÷8,5 7-8,5 7-8,5 7-8,5 7-8,5 7-8,5 15 20 Запропонований спосіб комплексного захисту водних об'єктів від забруднення продуктами нафтоперероблення у зонах розміщення НПЗ дозволяє зменшити техногенне навантаження на навколишнє природне середовище та одержати сировину для подальшого виробництва товарних нафтопродуктів при мінімальних капітальних та експлуатаційних витратах. Джерела інформації: 1. Сафаров A.M. Оценка и технология снижения негативного воздействия крупных нефтехимических комплексов на окружающую среду: Дис. д-ра техн. наук: 03.02.08. У., Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2014. - 457 с. 2. Научно-технический отчет "Оценка воздействия на окружающую среду в зоне размещения пруда-испарителя Кременчугского НПЗ", УкрНИИЭП. - Харьков, 2013 г. 4 UA 122029 U 5 10 15 20 3. Рудин М.Г. Общезаводское хазяйство нефтеперерабатывающего завода / М.Г. Рудин, Г.А. Арсеньев, А.В. Васильев - М.: Химия, 1978. - 310 с. 4. Ведомственные указания по проектированию производственного водоснабжения, канализации и очистки сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, 1986 г. 5. Баландина А.Г. Развитие мембранных технологий и возможность их применения для очистки сточных вод предприятий химии и нефтехимии /А.Г. Баландина, Р.И. Хангильдин, И.Г. Ибрагимив, В.А. Мартяшева //Нефтегазовое дело. - 2015. - № 5. 6. Шимкович В.В. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий (анализ зарубежного опыта) / В.В. Шимкович - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1973. - 61 с. 7. Соркин Я.Г. Безотходное производство в нефтеперерабатывающей промышленности / Я.Г. Соркин. - М.: Химия,1983. - 200 с. 8. Вдовенко С.В. Розроблення комплексу ресурсоощадних заходів раціонального використання вуглеводнів на НПЗ: дис. кандидата техн. наук: 05.15.07. / Вдовенко Сергій Вікторович. - 2016. - 163 с. 9. Фокина Л.М. Формирование природно-техногенных систем нефтегазовых комплексов. Комплексный мониторинг и оптимальные технологии минимизации экологического ущерба: дис. д-ра геол.-минерал, наук: 25.00.36. - М.: ВНИИГАЗ, 2007. - 302 с. 10. Патент RU 2 435 901 С2, 17.02.2009. Способ защиты водных объектов от загрязнения нефтепродуктами. 11. Патент RU 2 043 312 С1, 03.03.1992. Способ очистки грунтовых вод, загрязненных нефтепродуктами. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Спосіб комплексного захисту водних об'єктів від забруднення продуктами нафтоперероблення, що включає стадію перехоплення та відкачування із зон забруднення нафтопродуктів і ґрунтових вод підземними дренами та свердловинами, з подальшим роздільним відкачуванням прісних та засолених ґрунтових вод на локальні очисні споруди нафтопереробного заводу, а нафтопродукту на перероблення, який відрізняється тим, що очищені прісні ґрунтові води використовують повторно у системі промислового водопостачання, а для очищення засолених ґрунтових вод та промислових стоків нафтопереробного заводу другої системи каналізації до вимог водних об'єктів рибогосподарського призначення використовують після блоків механічного та фізико-хімічного очищення аеротенки та мембранні біологічні реактори для біохімічного очищення та блок доочищення, що поєднує процеси каталітичного доокиснення забруднювальних речовин і поглинання їхніх слідів на гранульованому активованому вугіллі з подальшим знезараженням стічних вод, таким чином попереджуючи потрапляння до водних об'єктів як промислових так і ґрунтових забруднених вод. 5 UA 122029 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6