Розробка проекту очищення стічних вод від нафтопродуктів з використанням електрохімічних методів очищення

Розробка проекту очищення стічних вод від нафтопродуктів з використанням електрохімічних методів очищення

Зміст

Вступ

1.       Загальна частина

.1 Загальна характеристика нафтопродуктів

1.2 Методи потрапляння нафтопродуктів у стічні води

.3 Способи очищення стічних вод від нафтопродуктів

.4 Екологічна небезпека пов’язана з нафтою та нафтопродуктами та еколого-економічна оцінка цих забруднень

.5 Електрохімічна очистка стічних вод

.5.1 Основи електрохімічного очищення води

.5.2 Апаратурне оформлення процесів

. Спеціальна частина

.1 Загальна характеристика тонкошарового відстійника

2.2 Методика розрахунку тонкошарового о відстійника за протитечійною схемою

.3 Розрахунок тонкошарового відстійника за протитечійною схемою

Висновки

Перелік посилань

Вступ

Забруднення навколишнього середовища нафтою й нафтопродуктами є одним з найбільш масштабних і небезпечних видів впливу людини на навколишнє середовище. Промисловість, транспорт, оборонний комплекс - практично всі ланки економічної інфраструктури зіштовхуються із проблемою забруднення навколишнього середовища нафтопродуктами в процесі виробництва і в аварійних ситуаціях.

Прийнятий повсюдно підхід до ліквідації забруднень нафтопродуктами, по суті, є лише передислокацією проблем з одного місця на інше. Оскільки застосовувані сьогодні засоби хоч і дозволяють ліквідувати забруднення, але вимагають утилізації або поховання відходів, забруднених нафтопродуктами, створюючи в такий спосіб екологічні проблеми на іншій території, не вирішуючи їх у корені.

Ефективне очищення стічних вод від нафтопродуктів відбувається завдяки електрохімічній очистці.

Метою роботи є дослідження принципів і методів захисту навколишнього природного середовища від забруднення нафтою і нафтопродуктами та розрахунок тонкошарового відстійника за противоточною схемою.

Об’єктом дослідження є властивості нафти, нафтопродуктів та їх похідних.

1. Загальна частина

1.1   Загальна характеристика нафтопродуктів

Нафта - це пальна масляниста рідина зі специфічним запахом, розповсюджена в осадовій оболонці Землі і яка є найважливішою корисною копалиною. [1]

Найголовнішою властивістю нафти, яка принесла їй світову славу виняткових енергоносіїв, є її здатність виділяти при згорянні значну кількість тепла. Нафта і її похідні володіють найвищою серед усіх видів палив теплотою згоряння. Теплота згоряння нафти - 41 МДж/кг, бензину - 42 МДж/кг.

Сира нафта звичайно не застосовується. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці.

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. Перегонку здійснюють на нафтопереробних заводах після відділення з нафти супутніх газів. У процесі перегонки нафти одержують світлі нафтопродукти: бензин, лігроїн, гас, газойль - солярове масло, а в залишку - в'язку чорну рідину - мазут.

Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під зменшеним тиском (щоб попередити розкладання) і виділяють мастила: веретенне, машинне, циліндрове та ін. З мазуту деяких сортів нафти виділяють вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгону називають нафтовим пеком або гудроном. [2]

Продукти перегонки нафти мають різне застосування.

Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне й автомобільне пальне.

Лігроїн служить пальним для дизельних двигунів, а також розчинником у лакофарбовій промисловості. Велику кількість його переробляють на бензин.

Газ застосовують як пальне для реактивних і тракторних двигунів, а також для побутових потреб.

Солярове масло використовують як моторне пальне, а мастила - для змащення механізмів.

Вазелін використовують у медицині.

Парафін застосовують для одержання вищих карбонових кислот, для просочення деревини у виробництві сірників і олівців, для виготовлення свічок, гуталіну і т. д.

Гудрон - нелетка темна маса, після часткового окислення його застосовують для одержання асфальту.

Мазут, крім переробки на мастила і бензин, використовують як котельне рідке пальне.

Мастила, які виділяються під час перегонки мазуту, називають мінеральними (нафтовими) маслами на відміну від синтетичних масел, які одержують штучно (хоча всі масла є сумішами органічних сполук).

Нафтопродукти люди застосовують у всіх сферах життя, тому важливість нафти у повсякденному житті людини важко переоцінити.

Нафта - рідка складна суміш вуглеводнів (в основному і органічних кисневих, азотистих і сірчистих з’єднань темно-коричневого кольору (рідше світлого), щільністю 0,73-1,04 г/см³.

Сорти нафти щільністю до 0,9 г/см³ називаються легкими, із більшою щільністю - важкими. Теплова продуктивність нафти 10000-11000 ккал/кг [2].

По вмісту основного вуглеводневого компонента нафти розділяються на три групи: метанові (парафінові), нафтенові й ароматичні [2]. Крім того, існують змішані (метано-нафтенові та ін.) нафти.

Належать до числа найбільш поширених та небезпечних речовин, що забруднюють природні води. Поняття «нафтопродукти» в гідрохімії умовно обмежуються тільки вуглеводневою фракцією (аліфатичні, ароматичні, аліциклічні вуглеводні), яка становить 70-90% суми усіх речовин, що входять до складу нафти та продуктів її переробки. Великі кількості нафтопродуктів надходять у природні води при перевезенні нафти водним шляхом, зі стічними водами будь-яких промислових підприємств, особливо підприємств нафтовидобувної та нафтопереробної промисловості, із господарсько-побутовими стічними водами. Деяка кількість вуглеводнів потрапляє у воду в результаті прижиттєвих та посмертних виділень рослинними та тваринними організмами. У результаті процесів випаровування, сорбції, біохімічного та хімічного окиснення концентрація нафтопродуктів у воді може істотно знижуватися; при цьому значним змінам може піддатися їх хімічний склад. Швидкість цих процесів залежить від складу нафтопродуктів, температурного режиму водного об'єкта, інтенсивності розвитку мікроорганізмів, що утилізують їх.

Нафтопродукти містяться в природних водах у різних міграційних формах: розчиненої, емульгованої, сорбованої на твердих частинках завислих речовин та донних відкладів, у вигляді плівки на поверхні води. Кількісне співвідношення цих форм визначається комплексом факторів, найважливішими з яких є умови надходження нафтопродуктів у водний об'єкт, відстань від місця скидання, швидкість течії і перемішування водних мас, характер та ступінь забрудненості природних вод, а також склад нафтопродуктів, їх в'язкість, розчинність, густина, температура кипіння компонентів. Три останні фактори є причиною того, що фракціонування нафтопродуктів. супроводжується помітною зміною їх хімічного складу в різних формах міграції. Звичайно в момент надходження основна маса нафтопродуктів. зосереджена в плівці. В міру віддалення від джерела забруднення відбувається перерозподіл між основними формами міграції, що направлений в бік підвищення частки розчинених, емульгованих, сорбованих нафтопродуктів, і відповідного зменшення їх вмісту в плівці.

Нафтопродукти несприятливо впливають на організм людини та тварин, водну рослинність, фізичний, хімічний та біологічний стан водного об'єкта. Низькомолекулярні аліфатичні, нафтенові та особливо ароматичні вуглеводні, що входять до складу Нафтопродуктів, виявляють токсичний та певною мірою наркотичний вплив на організм, вражаючи серцево-судинну та нервову систему. Найбільшу небезпеку створюють поліциклічні конденсовані вуглеводні типу 3,4 - бензпірену, що характеризуються канцерогенними властивостями. ГДК нафтопродуктів. у побутових і питних водах дорівнює 0,3 мг/дм³, ГДК нафтопродуктів. у водах для рибогосподарського використання 0,05 мг/дм³ [3]. Присутність канцерогенних вуглеводнів у воді недопустима.

Нафта і нафтопродукти відносять до окремої групи джерел забруднення водойм. Це зумовлено тим, що вони перебувають у воді у вигляді емульсій і тому надають особливого впливу на екологічний стан водойм та її мешканців. Забруднення водойм нафтою та нафтопродуктами являє подвійну небезпеку:

         Нафта і нафтопродукти є токсичними для ряду гідробіонтів; при концентрації їх у воді вище 0,05 мг/дм3 змінюються смакові якості риби, гине більша частина риби; при концентрації рівній 1,2 мг/дм3 гине планктон, бентос, водоплаваючі птахи;

         При потраплянні нафти у водойми, вона утворює молекулярну плівку, яка перешкоджає газо- та водообміну між атмосферою та водою, зменшує кількість розчиненого кисню у воді; при потраплянні у водойму 1 т нафти утворюється молекулярна плівка площею 12 км2.

Джерелами забруднення природних вод нафтопродуктами є нафтодобувні та нафтопереробні підприємства, воєнні бази та флот. Вирішення проблеми - удосконалення процесів добування та транспортування нафти і нафтопродуктів.

Вміст нафтопродуктів в річкових, озерних, морських, підземних водах та атмосферних осадах звичайно становить соті або десяті частки міліграма в 1 дм³. У незабруднених нафтопродуктами водних об'єктах концентрація природних вуглеводнів може коливатися: в морських водах - від 0,01 до 0,10 мг/дм³ і вище, в річкових та озерних водах - від 0,10 до 0,20 мг/дм³, іноді сягаючи 1,0 - 1.5 мг/дм³.

Вміст природних вуглеводнів визначається трофністю водного об'єкта і в значній мірі залежить від біологічної ситуації в ньому (розвиток та розпад фітопланктону, інтенсивність діяльності бактерій тощо). Характер розподілу нафтопродуктів і природних вуглеводнів по вертикалі і акваторії водного об'єкта дуже складний і непостійний. Звичайно найбільш забруднені прибережні зони. Підвищені концентрації спостерігаються в поверхневому та придонному шарах, іноді на окремих ділянках всередині водної товщі.

.2 Шляхи потрапляння нафтопродуктів у стічні води

Водні ресурси виконують численні функції: економічну, екологічну, соціальну тощо [1]. Пріоритетне використання води - це забезпечення питних, культурно-оздоровчих, рекреаційних, спортивних, духовних та інших потреб населення. Важливим залишається використання води для потреб багатьох галузей економіки: сільськогосподарського зрошення, енергетики, судноплавства, рибного господарства та ін.

Основними джерелами забруднень нафтою та нафтопродуктами є видобувні підприємства, системи перекачування і транспортування, нафтові термінали і нафтобази, сховища нафтопродуктів, залізничному транспорті, річкові і морські нафтоналивні танкери, автозаправні комплекси та керівництву станції. Обсяги відходів нафтопродуктів і нафтозабруднень, нагромаджені на окремих об'єктах, становлять десятки і сотні тисяч кубометрів. Значна кількість сховищ нафтошламів і відходів, побудованих за початку 50-х років, перетворилося із засобу запобігання нафтозабруднень на постійно діюче джерело таких забруднень.

На кожному харчовому підприємстві в результаті миття обладнання, автомобільних цистерн, потрапляння технічних мастил утворюються нафтовмісні стічні води.

Нафтопродукти та близькі до них за властивостями мастила містяться у виробничих стічних водах переважної кількості підприємств промисловості, транспорту та сфери послуг, поверхневому стоці з територій цих підприємств, а також відпрацьованих технологічних розчинах різного призначення - мастильно-охолоджуючих рідинах, мийних і знежирювальних розчинах, і подібних емульсіях виробничого призначення.

Поняття "нафтопродукти" в гідрохімії умовно обмежується тільки вуглеводневою фракцією (аліфатичні, ароматичні, аліциклічні вуглеводні) [4] Великі кількості нафтопродуктів поступають в поверхневі води при перевезенні нафти по воді, із стічними водами підприємств нафтовидобувної, нафтопереробної, хімічної, металургійної і інших галузей промисловості, з господарчо-побутовими водами. Деякі кількості вуглеводнів поступають у воду в результаті прижиттєвих виділень рослинними і тваринними організмами, а також в результаті їх посмертного розкладання [4].

В результаті процесів випару, що протікають у водоймищі, сорбції, біохімічного і хімічного окислення концентрація нафтопродуктів може істотно знижуватися, при цьому значним змінам може піддаватися їх хімічний склад. Найбільш стійкі ароматичні вуглеводні, найменш стійкі - алкани.

Іншим основним джерелом нафтових забруднень морського середовища є річковий стік. Він збирає нафтові забруднення від різних об’єктів, розташованих далеко від моря, і містить нафтопродукти у всьому різноманітті їх видів. Хоча стічні води промислових підприємств очищаються в різних очисних спорудах, повної очистки стічних вод від нафти і нафтопродуктів досягти не вдається. Однією з причин забруднення вод нафтопродуктами є їх потрапляння у дренажні води, змив зливовими стоками з територій міст і промислових підприємств. Ці забруднення локалізуються в основному в прибережних зонах морів і містять нафтопродукти в емульгованому, розчиненому і плівковому вигляді [4].

Нафтопродукти знаходяться в різних міграційних формах: розчиненій, емульгованій, сорбованій на твердих частках суспензій і донних відкладень, у вигляді плівки на поверхні води. Зазвичай у момент потрапляння нафтопродуктів у поверхневі води, їх маса зосереджена у плівці. По мірі віддалення від джерела забруднення проходить перерозподіл між основними формами міграції, спрямоване у бік підвищення долі розчинених, емульгованих, сорбованих нафтопродуктів. Кількісне співвідношення цих форм визначається комплексом чинників, найважливішими з яких є умови потрапляння нафтопродуктів у водний об'єкт, відстань від місця скидання, швидкість течії і перемішування водних мас, характер і міра забрудненості природних вод, а також склад нафтопродуктів, їх в'язкість, розчинність, щільність, температура кипіння компонентів. При санітарно-хімічному контролі визначають, як правило, суму розчинених, емульгованих і сорбованих форм нафти [5].

Вміст нафтопродуктів в річкових, озерних, морських, підземних водах і атмосферних осіданнях коливається в досить широких межах і зазвичай складає n∙10^-2- n∙10^-3 мг/дм³.

У незабруднених нафтопродуктами водних об'єктах концентрація природних вуглеводнів може коливатися в морських водах 0,01 - 0,10 мг/дм³ і вище, в річкових і озерних водах 0,01 - 0,20 мг/дм³, іноді досягаючи 1-1,5 мг/дм³. Вміст природних вуглеводнів визначається трофічним статусом водоймища і значною мірою залежить від біологічної ситуації у водоймищі.

Розчинені нафтопродукти - нафтопродукти, що знаходяться у водній товщі в істинно розчиненому стані. У розчиненому стані у водному середовищі може знаходитися 20 - 500 мг/дм³ нафтопродуктів, причому розчинність легких фракцій нафти вище, ніж важких. Як правило, для розчинених нафтопродуктів характерний підвищений вміст низькомолекулярних ароматичних вуглеводнів (до 90 %), які мають вищу розчинність [5].

Емульговані нафтопродукти - нафтопродукти, що знаходяться у водній товщі у вигляді емульсії (розмір частинок більше 0,45 нм). Емульгування нафти і нафтопродуктів відбувається в результаті хвильового перемішування і проникнення вуглеводнів у водну масу і в донні відкладення.

Значні кількості нафтопродуктів, знаходячись в завислому стані, адсорбуються на частинках тонкодисперсних мінеральних і органічних завислих речовин і осідають спільно з ними на дно, накопичуючись в донних відкладеннях. До них поступають і важкі фракції нафтопродуктів, що залишаються у водному середовищі при утилізації вуглеводнів бактеріями і при випаровуванні легких фракцій. Кількість нафтопродуктів, що осіли на дно, може досягати до 40 % від загальної кількості.

Нафтопродукти, що осіли на дно, поступають в харчовий ланцюг біоти, вступають у фізико-хімічну взаємодію з компонентами донних відкладень, надаючи різну (головним чином негативну) дію на бентосні організми і на стан інгредієнтів донних відкладень [5].

Таким чином, через деякий час після надходження у водний об'єкт в емульгованому і сорбованому завислими речовинами станах у водній масі знаходиться в середньому від 50 до 90 % нафтопродуктів, в розчиненому - від 10 до 90 %, частка плівкових нафтопродуктів не перевищує 1 %.

Порівняння молекулярно-масового розподілу вуглеводнів у водному шарі водорозчинної фракції нафти і плівці показує, що перехідна в розчинений стан частина збагачується низькомолекулярними компонентами, ароматичними і нафтеновими вуглеводнями, а максимум вуглеводнів в плівці направлений у бік високомолекулярних структур.

При обробці нафти на Нафтопереробних заводах виробничі стічні води утворюються на всіх технологічних установках, а отже, виникає така класифікація стічних вод:

. Солемісткі стічні води. Із високим вмістом емульгувонної нафти і великий концентрацією розчинених солей ( переважно хлористого натрію ). Вони надходять від електрообезсолюючих установок та сировинних парків. До них теж належать дощові води з території зазначених об'єктів. ГДК нафтопродуктів на них не враховуючи аварійних скидів не повинен перевищувати 10 г / л. Дослідження стоків з установок показують, що відсотковій вміст нафти на окремих пробах може становити близько 30 г / л, що пов'язано з енергометрічністю технологічного устаткування й дефектами в експлуатації. Зміст солей цієї групи залежить головним чином, від якості нафти використаної заводом.

.Сірчасть-лужні стічні води. Отримуються при вилуговування світлих нафтопродуктів та скраплених газів. У процесі лужної очистки з нафтопродуктів виділяються переважно сірководень, меркаптан, феноли та нафтові кислоти.

Відповідно до технологічними Вимогами склад сірчано-лужних стічних вод має бути таким : ГДК - до 85000 мг/л, сульфіди ( враховуючи H₂S ) до 26 000 мг/л, сірки заг. до 35000 мг / л, феноли леткі до 5000 мг/л, нафтопродукти до 3000 мг/л, загальна лужність ( враховуючи NaOH ) - 10000 мг/л, рН -14. Проте склад цієї категорії стічних вод мовби может мати помітні відмінності від встановлених нормативів

. Кислі стічні води від цеху регенерації сірчаної кислоти утворюються у результаті нещільності сполук, у апаратурі, втрата кислоти через корозії апаратури складаєєє до 1 г/л сірчаної кислоти.

.Сірководневмісткі стічні води надходять переважно від барометричних конденсаторів змішання. При заміні барометричних конденсаторів змішання на поверхневий обсяги їх скорочується у 50 разів.

1.3 Способи очищення стічних вод від нафтопродуктів

На нафтотранспортних підприємствах збір стічних вод і їх очищення ведуть у залежності від нафтохімічних домішок та їх очищення. У стічних водах нафтотранспортних підприємств знаходяться нафта та нафтопродукти, котрі після відокремлення води, можна залучити у народному господарстві. Хімічні домішки, як, наприклад, тетраетилсвинець, відокремлюють спеціальними хімічними методами. І тут доцільно застосовувати роздільне збирання стічні води і комбіновану систему очищення.

При виборі системи збирання й очищення стічні води керуються такими основними положеннями:

·              необхідністю максимального зменшення кількості стічних вод та зниження в них вмісту домішок;

·              можливістю вилучення з стічних вод цінних домішок і їхньої подальшої утилізації;

·              повторним використанням стічних вод (вихідних і очищених) технологічними процесами і системах обігового водопостачання.

Маючи дані по видатках стічних вод, їх докладну характеристику, зокрема і за змістом домішок, і навіть вимоги до очищеної воді, за схемою можна відібрати для перевірки кілька методів. З експериментальних досліджень з урахуванням техніко-економічних показників вибирають оптимальний метод очищення стічні води.

Вибір методу очищення стічних вод підприємств залежить від багатьох чинників: кількість стічних вод різних видів, їхні витрати, можливість та економічна доцільність вилучення домішок з стічних вод, вимоги до якості очищеної води у та її використання для повторного і обігового відносяться водопостачання і скидання у водойму, потужність водойми, наявність районних чи міських очисних споруд.

Очищення нафтомістких стічних вод повинне забезпечувати [6]:

·              максимальне вилучення цінних домішок та використання їх за призначенням;

·              застосування очищених стічних вод в технічних процесах;

·              мінімальне скидання стічних вод у водойму.

Задля чистоти стічних вод використовують очисні споруди з трьох основних типів: локальні, загальні та районні чи міські.

На нафтобазах і насосних станціях трубопроводів застосовують очисні споруди загального типу, а у разі влучення в стічні води особливо шкідливих хімічних речовин - очисні споруди локального типу. Залежно від рівня очищення стічних вод на спорудах локального або спільного типу, і характеристики водойми, стічні води або направляють на районні чи міські очисні споруди, або скидають у водойму.

Очисні споруди локального типу призначені для знешкодження стічних вод одразу після технологічних цехів, що мають шкідливі хімічні речовини, приміром, після резервуарного парку технологічних комунікацій, насосних станцій, зберігають і перекачують этиловані бензини. Застосування таких установок дає можливість уникнути необхідності пропускати стічні води підприємства через установки для вилучення із води певних хімічних речовин.

Очисні споруди загального типу призначені для очищення всіх нафтомістких вод нафтотранспортного підприємства. Зазвичай це очисні споруди включають механічне, фізико-хімічне, біологічне очищення. До споруд механічного очищення відносяться пісколовки, нафтоуловлювачі, відстійники, флотаційні і фільтраційні установки і інші. На цих спорудах видаляють грубодисперсні домішки. До споруд фізико-хімічногo очищення відносяться установки із застосуванням хімічних реагентів, установки із застосуванням коагулянтів для колоїдних домішок. До споруд біологічного очищення відносяться аеротенки, біофільтри, біологічні ставки та інші.

Задля чистоти стічних вод застосовують реагентні методи: коагуляцію, флокуляцію, осадження домішок, фільтрування, флотацію, адсорбцію, іонний обмін, зворотний осмос та інші.

Очисні споруди районного або міського типу призначені переважно для механічного, фізико-хімічного і біологічного очищення стічної води. Коли на ці очисні споруди направляють виробничі стічні води, то на них не має бути домішок, що потенційно можуть порушити нормальний ритм роботи каналізації чи очисних споруд.

Ці виробничі води не повинні утримувати:

·              зважених і спливаючих речовин, у більш як 500 мг/л;

·              речовин, здатних засмічувати труби каналізаційної сіті або отлагаться на стінках труб;

·              речовин, надають що руйнує дію на матеріал труб і елементи споруд каналізації;

·              горючих домішок і розчинених газоподібних речовин, здатних утворювати вибухонебезпечні суміші в каналізаційних мережах і спорудах;

·              шкідливих речовин у концентраціях, що перешкоджають біологічної очищенні стічних вод мовби чи скидання в водойму (з урахуванням ефекту очищення).

1.4 Екологічна небезпека пов’язана з нафтою та нафтопродуктами та еколого-економічна оцінка цих забруднень

Дуже небезпечним джерелом для водоймищ є нафта і нафтопродукти. Нафта - складна суміш із тисяч різних органічних компонентів. Поведінка нафти у водоймах мінлива та залежить не тільки від її типу, але й від температури, а також інших фізичних параметрів навколишнього середовища.

Слід зазначити, що до складу нафти входять різні класи вуглеводнів: аліфатичні (метанові), циклічні насичені (нафтенові), циклічні ненасичені (ароматичні). Вона є токсичною речовиною, особливо для гідроекосистем та їх мешканців.

Не дивлячись на ряд міжнародних угод, забруднення гідросферою нафтою прогресує. Розрахунки показують, що літр нафти, розлитої по поверхні моря, поглинає розчинений кисень із 400 тис. літрів морської води. Тонна нафти, розтікаючись по поверхні води, може покрити плівкою акваторію в 10 квадратних кілометрів.

Нафтове забруднення належить до найбільш поширених техногенних надзвичайних ситуацій, які завдають значної шкоди для природних екосистем та деяких видів господарської діяльності: рибальства, туризму та ін. За даними статистики, 45 % нафтового забруднення Світового океану припадає на транспорт, де основними причинами є:

аварії на нафтових танкерах;

забруднення, пов’язані з несанкціонованими викидами кораблів (баластові води, протікання машинного відділення та ін.

З розвитком промисловості, транспорту забруднення Світового океану зростає й набуває глобального характеру. Особливістю викидів нафтопереробних заводів та хімічної промисловості є їх локальний характер, що призводить до утворення високих концентрацій нафти і нафтопродуктів на обмеженій, переважно прибережній ділянці морської акваторії. Смоли і асфальтени є компонентами нафтового забруднення, найбільш стійкі до впливу зовнішніх факторів.

Широке розповсюдження плівкової нафти впливає на природу океану та клімат Землі, вміст кисню і водяної пари в атмосфері. Нафтопродукти, що надходять до Світового океану, знижують здатність води до природного самоочищення, змінюють санітарний режим, стимулюють розвиток деяких патогенних бактерій та вірусів. Негативний вплив нафтових забруднень позначається і на інших ланках природних екосистем, включаючи водорості, ракоподібні, молюски, риби та інші. Однією з особливостей нафтових вуглеводнів є здатність збільшувати свій вміст у 10 разів на кожному наступному рівні трофічного ланцюга. Отже, якщо нафтові вуглеводні або хлоровані дифеніли потрапляють спочатку у водорості, потім по ланцюгам живлення до риб, то їх накопичується вже в 10 тис. разів більше, ніж у початковій ланці, і в 100 тис. разів більше, ніж у воді [7].

Зростаюча зацікавленість у консервуванні національних водних ресурсів безпосередньо впливає на промислові та нафтопереробні підприємства. Галузі промисловості стикаються з більш жорсткими нормативами скиду нафтовмісних стічних вод, невиконання яких, у поєднанні з посиленим контролем з боку екологічних та санітарно-епідеміологічних організацій, може потенційно вилитися у досить суттєві штрафи [7].

Еколого-економічна оцінка забруднення водойм нафтою.

Збитки від забруднення нафтою включають:

         збитки від забруднення навколишнього природного середовища (у тому числі прямі збитки внаслідок погіршення стану навколишнього природного середовища, загибелі риби, гідробіонтів, кормових організмів, порушення нерестовищ) та втрачені внаслідок такого забруднення доходи (втрата потомства риби тощо);

         витрати на заходи з відтворення природних ресурсів, які були фактично вжиті або мають бути вжиті;

         витрати на попереджувальні заходи, а також подальші збитки або шкоду, заподіяну попереджувальними заходами;

Табл.1.1. Техніко-економічне порівняння розроблених технологій очищення води від нафтопродуктів [8].

Отже, ми бачимо що розроблені методи коштуватимуть дешевше за базових.

Впровадження систем очистки потребує суттєвих капіталовкладень, але вони є одноразовими і окупаються протягом кількох років експлуатації очисних споруд.

Маса скинутої нафти розраховується на підставі виявлення під час перевірки судна та суднових документів фактів втрати судном нафти; заміру маси нафти, зібраної з водної поверхні та берегової смуги, з урахуванням маси нафти, що залишилася після проведення заходів з ліквідації наслідків забруднення; результатів аерозйомки, візуальної оцінки площі забруднення та товщини нафтової плівки на водній поверхні.

Маса скинутої нафти розраховується за формулою:

                                                                             (1.1.)

де Мі - маса скинутої нафти, тонн; Мз - маса нафти, зібраної з водної поверхні та берегової смуги, тонн; Мо - маса нафти (тонн), яка залишилася на поверхні води після проведення заходів з ліквідації наслідків забруднення, що розраховується за такою формулою:

                                                                           (1.2)

де Мп - маса нафти на 1 кв. метр водної поверхні, визначена на підставі результатів аерозйомки та візуальної товщини нафтової плівки, г/кв. метр- площа розливу нафти на поверхні води, кв. метрів.

У разі скидання нафти в суміші з водою її маса розраховується виходячи з концентрації нафти у суміші та маси скинутої суміші.

Обчислення розміру збитків, завданих внаслідок забруднення навколишнього природного середовища, що сталося у разі витоку або зливу нафти із суден, проводиться у доларах США з урахуванням визначеної маси нафти та такс, затверджених постановою Кабінету Міністрів України від 3 липня 1995 р. № 484 “Про затвердження такс для обчислення розміру відшкодування збитків, заподіяних внаслідок забруднення із суден, кораблів та інших плавучих засобів територіальних і внутрішніх морських вод України” [9].

Таблиця 1.2.- Визначення маси нафти на 1 кв. метр водної поверхні за зовнішнім виглядом нафтової плівки (середні дані)

1.5 Електрохімічна очистка стічних вод

При електричному методі очищення стічних вод (рисунок 1.1) відбувається осадження або руйнування шкідливих речовин окисненням їх на аноді [10].

Рисунок 1.1. - Загальна принципова технологічна схема електрохімічного очищення води: 1 - резервуар - усереднювач; 2 - бак для насиченого розчину хлориду; 3 - дозатор; 4 - помпи; 5 - електрокоагулятори; 6 - джерело струму; 7 - відстійник; 8 - фільтр; 9 - бак лужного реагенту; 10 - накопичувач осаду; 11 - центрифуга

Переваги електрохімічних методів очистки:

Найширше поширені у світі методи очищення питної води та відпрацьованих водних розчинів засновані на моделюванні природних процесів - фільтрації, сорбції, іонного обміну. Проте, установки у яких реалізовані зазначені процеси, потребують регенерації та періодичною заміні основного робочого елемента: фільтрів, сорбентів, іонообмінних смол.

У цьому та з утилізацією відпрацьованих матеріалів, зберігається необхідність поповнення їх втрат шляхом виробництва з невідновлюваних сировинних запасів нових матеріалів замість відпрацьованих. Вочевидь, стратегія найменшого екологічних збитків та збереження населення Землі, полягає в використанні технологій, що дозволяють забезпечити мінімально можливе залучення в виробничо-господарську діяльність людини, природних мінеральних сировинних ресурсів, які у природному стані (родовища з корисними копалинами) не становитимуть загрози навколишньому середовищі. Одним з таких процесів є електрохімічне перетворення речовин, тобто, окислювально-відновні реакції, пов'язані з видаленням чи приєднанням електрона. Цей природний процес ефективніший ніж вищезгаданий. Теоретичні розрахунки доводять, що потенційні можливості електрохімічного кондиціонування води (очищення, пом’ягчення, опріснення, знезараження тощо.) більш ніж у 100 разів вигідніші за фільтраційні, сорбційні і іонообмінні методи по економічності, швидкості і якості. З іншого боку, електрохімічні реакції дозволяють без додаткових витрат хімічних реагентів перетворити прісну чи слабосолоновату природну воду, високоактивний технологічний розчин, з практично будь-якими необхідними функціональними властивостями [11].

1.5.1 Основи електрохімічного очищення води

Електрохімія відноситься до області знань про взаємні перетворення хімічного і електричного видів енергії і про використання цих перетворень.

Електрохімічне очищення забруднених природних і стічних вод засноване на використанні електричної енергії при проведенні процесів електролізу водних розчинів електролітів.

Електроліз здійснюється в системах, що складаються з наступних елементів [11]:

·        розчину електроліту - провідника другого роду, в якому речовини дисоційовані на іони (забруднені води є розчинами електролітів, оскільки в них завжди присутні іони в тій або іншій концентрації);

·        електродів - провідників першого роду, занурених в розчин електроліту;

·        зовнішнього джерела струму;

·        токопідводів - металевих провідників першого роду, що з’єднують електроди з джерелом струму.

Механізм проходження струму через розчини електролітів. За сучасними переконаннями, електричний струм в металевих провідниках - це потік електронів, що пересуваються від негативного полюса джерела струму до позитивного. Якщо з'єднати полюси джерела струму металевим провідником, то джерело струму, подібно насосу, засмоктує електрони через позитивний полюс і виштовхує їх у провідник через негативний полюс.

У розчин електроліту опущені два електроди (рис. 1.2), з’єднані з полюсами джерела струму, заряджені один позитивно (анод), інший негативно (катод). Іони, що знаходяться в розчині, утворюються при дисоціації електроліту, пересуваються у двох протилежних напрямах: позитивні іони (катіони) рухаються до катода, негативні (аніони) - до анода. Досягаючи катода, катіони одержують від нього електрони, що не дістають їм, і стають нейтральними атомами або групою атомів (молекулами). Одночасно з цим аніони віддають аноду свої «зайві» електрони, теж переходячи в нейтральні атоми або групи атомів. Число електронів, що одержуються анодом, рівне числу електронів, передаваних за той же час катодом.

Рис.1.2 Принципова схема електролітичної ванни

На межі розділу електрод - розчин відбувається перехід від електронної провідності до іонної, причому проходження електричного струму через провідники другого роду супроводжується виділенням на електродах продуктів електрохімічних реакцій, тобто продуктів взаємодії іонів і електронів. Реакція між іоном і електроном на межі розділу електрод - розчин визначає перетворення електричної енергії в хімічну. Електрохімічні процеси, як правило, здійснюються або за рахунок підведеної ззовні електричної енергії, або при її отриманні.

Хімічні перетворення в розчині електроліту за рахунок зовнішньої електричної енергії відбуваються в електролізерах або електролітичних ваннах. У таких системах частина розчину електроліту, що знаходиться у анода, називається анолітом, що знаходиться у катода - католітом.

Відмітною особливістю електрохімічної реакції в порівнянні з хімічною є просторове розділення електрохімічної реакції на два зв'язані процеси (дві зв'язані електродні реакції). Необхідність контакту реагуючих частинок в розчині - перша характерна особливість гомогенного хімічного процесу. Друга особливість полягає в тому, що шлях електрона при цьому виявляється дуже малим, довжина його не перевищує радіусу атома або молекули.

Електродні процеси, що протікають при очищенні води.

У загальному випадку при електролізі протікають окислювально-відновні процеси: на аноді - втрата електронів (окислення), на катоді - надбання електронів (відновлення).

Реакції катодного відновлення:

виділення газоподібного водню Н2 за рахунок розряду іонів водню Н+:

Н+ + 2к → Н2↑.

Підіймаючись в потоці рідини, бульбашки Н2 стикаються з нерозчинними частинками, прилипають до них і транспортують на поверхню; протікаючий процес називають електрофлотацією.

Електрохімічні методи обробки води можна розділити на три групи - Табл. 1.3.

Табл. 1.3 - Електрохімічні методи обробки води

Перша група методів забезпечує зміну фізико-хімічних і фазово-дисперсних характеристик забруднень з метою їх знешкодження або швидшого вилучення з води.

Перетворення домішок може протікати через ряд послідовних стадій, починаючи з електронного рівня взаємодії розчинних сполук і закінчуючи зміною яких-небудь електроповерхневих або об'ємних характеристик грубо-дисперсних речовин.

З електрохімічних методів перетворення речовин найширше розроблений і впроваджується в практику метод електрокоагуляції. Одержав найбільшого користування досяг метод електрохімічної деструкції для знебарвлення барвників і окислення інших органічних домішок, а також метод анодного окислення і катодного відновлення. Інтенсивний розвиток останніми роками одержав метод діафрагмофого електролізу з метою коректування рН і Еh води і подальшого перетворення домішок [12].

Друга група методів призначена для концентрації домішок в локальному об'ємі електроліту без істотної зміни фазово-дисперсних або фізико-хімічних властивостей витягуваних речовин.

Розділення домішок і води відбувається в основному за рахунок флотації бульбашками газів або силової дії електричного поля, що забезпечує транспорт заряджених частинок в рідині. Можливий також транспорт незаряджених частинок в рідині при закріпленні їх на носії, що спеціально вводиться і володіє певним зарядом. Такий напрям ширше використовується в магнітному розділенні, проте електричне розділення з допоміжним носієм має великі перспективи.

З електрохімічних методів розділення найбільшого поширення набув метод електродіалізу з метою знесолювання природних і промислових стічних вод. Розроблені і серійно освоєні апарати для електродіалізного опріснення води. Інші методи поки не вийшли із стадії лабораторних або дослідно-промислових випробувань. Освоюються промисловістю апарати електрофільтрування води з метою утримання мікроорганізмів для потреб медичної, харчової і інших галузей промисловості. Є позитивний досвід експлуатації електрофлотаційних установок для очищення ряду категорій промислових стічних вод.

Третю групу складають комбіновані методи, які припускають поєднання одного або декількох методів перетворення і розділення забруднень в одному апараті.

Найбільше розроблений і використовується на практиці метод електрофлотокоагуляції (електрокоагуляції-флотації). Достатньо перспективним методом глибокої мінералізації важкоокислюваних органічних забруднень є комбіноване електрокаталітичне очищення стічних вод, що поєднує процеси електролізу з використанням нерозчинних анодів і гетерогенного каталізу.

Комплекс електричних дій припускає використання в одному апараті методів електрокоагуляції, електрофлотації, електророзряду малої потужності, ультразвукових дій, електрознезараження води і ін. Комплексне застосування такої сукупності методів доцільно при глибокому очищенні води для автономних об'єктів. Вибір відповідної сукупності методів при комплексній електричній дії залежить від вихідної і необхідної якості очищеної води.

Електроосадження як комбінований метод включає методи розділення - електродіаліз і електроосмос, а також методи перетворення - електровідновлення, електроокислення, електрокоагуляція. Електроіонообмінний метод передбачає електричне регулювання властивостей іонообмінних і сорбційних матеріалів, що дозволяє у багатьох випадках здійснити і їх повну регенерацію

Знаходить застосування знезараження води методом прямого електролізу або з отриманням електролітичного хлора.

Залежно від електролітичного ефекту підбирається матеріал і приймається відповідна конфігурація і конструкція електродів, камери електролізу, а також інші технологічні і конструктивні особливості апаратів.

Розділення і концентрація іонних домішок у воді здійснюється методом електродіалізу. Суть методу полягає у використанні направленого руху іонів в розчині відповідно до знаків їх зарядів під дією різниці потенціалів, прикладеної до електродів.

Метод електрофлотокоагуляції дозволяє одночасно здійснювати два процеси: зміна дисперсного стану домішок за рахунок їх коагуляції під дією електричного поля продуктів електродних реакцій і закріплення бульбашок електролітичного газу на поверхні коагулюючих частинок, що забезпечує їх подальшу флотацію. Електрофлотокоагулятори, як правило, виконуються двокамерними. У другій камері відбувається виділення утворюваних флотокомплексів з води [13].

Ефект очищення на флотокоагуляційних установках залежить від початкової концентрації забруднень, характеру їх взаємодії з коагулянтом, що утворюється, їх конструкції та ін. чинників.

.5.2 Апаратурне оформлення процесів

З вживаних конструкцій апаратів для електрокоагуляції з розчинними електродами найширше впроваджені бездіафрагмені електрокоагулятори пакетного типу. Пакет розчинних електродів збирають за допомогою спеціальних шпильок і втулок, розпорів. Це забезпечує технологічність складки електродної системи і жорсткість конструкції. Проте експлуатація таких апаратів показала їх низьку надійність в роботі із-за забивання продуктами електрохімічних реакцій ділянок проходження сполучних шпильок, а також всього міжелектродного простору при відстані між електродами менше 6-8 мм. Вдалішим технічним рішенням слід вважати електрокоагулятори пазного типу. Електродний пакет в такому апараті закріплюється на рамі, в якій фрезеруються спеціальні пази для фіксації електродів.

Розташування електродів може бути поздовжнім і поперечним по відношенню до лотка для зливу обробленої води. При поперечному розташуванні токопідводи влаштовуються з боків електрокоагулятора поза зоною виділення водню, що підвищує безпеку обслуговування. Відстань між електродами слід приймати не менше 8-10 мм для запобігання забиванню міжелектродного простору. У нижній частині електрокоагулятора слід передбачити конічний бункер для збору окалини, шламу і гідроксидів металів, що випали в процесі роботи апарату (рис. 1.3). Електродами може бути листовий метал або металева стружка, що завантажується у спеціальні касети з графітовим токопідводом. Напрацьований таким чином коагулянт збирається в ємкості, звідки дозується в оброблювану воду[14].

Електрокоагулятори забезпечують стабільний вихід металу при низьких витратах електроенергії. До недоліків таких апаратів слід віднести знижену коагулюючу і сорбційну здатність коагулянта у зв'язку з тривалим його зберіганням, а також підвищений солевміст оброблюваної води при використанні концентрованих електролітів, що не завжди є на тому чи іншому підприємстві.

Мал. 1.3. Електорореактор з «газовим шаром» 1 - електродна система, 2 - газова кишеня, 3 - камера флоторозділення

Процес електрохімічної деструкції може здійснюватися в електролизерах з діафрагмою і без діафрагми. Наявність діафрагми між електродами призводить до значного підвищення напруги на апараті, отже, до збільшення витрати електроенергії. Слід мати також на увазі, що електролизери з діафрагмами представляють складнішу конструкцію; вживані в промисловості матеріали для розділення анодних і катодних процесів не мають 100%-ної селективності, що не дозволяє повністю вести процес в необхідних режимах електрохімічних реакцій; діафрагми в процесі роботи змінюють свою структуру, а також забиваються продуктами електролізу або механічними домішками електролітів, що викликає необхідність їх заміни або регенерації. Застосування діафрагменних електролизерів обумовлюється в деяких випадках специфічними властивостями забруднень. Так, очищення стоків від нітросполук доцільно проводити в дві стадії: на першій здійснюється відновлення нітропродуктів в катодній камері до аміносполук, а на другій - окислення одержаних амінів в анодній камері до нетоксичних продуктів.

Електрофлотація знаходить застосування для очищення стічних вод нафтопромислів, нафтобаз, нафтопереробних заводів, шкіряних заводів, хутряних фабрик, целюлозно-паперових і електрохімічних виробництв, текстильних, харчових підприємств і інших, а також при розділенні і ущільненні активного мула після аеротенків на біологічних очисних спорудах. Ефекти очищення можуть складати: по нафтопродуктах - до 90 %, по завислих речовинах - до 70%, по жирах - 80%; детергенти можуть бути видалені на 60-70 %. Тривалість електрофлотаційної обробки може варіюватися залежно від виду забруднень в достатньо широких межах (від декількох хвилин до 30- 40 хв).

Конструкції апаратів для електрофлотаційного очищення достатньо прості. Електроди можуть виконуватися у вигляді пластин, що розташовуються на дні апарату горизонтально або вертикально, займаючи практично всю площу днища з метою запобігання циркуляційним потокам, перешкоджаючим флотуванню забруднень.

Недоліками такої конструкції є налипання на електродах різних емульсій, жирів, важких мінеральних частинок і пов'язана з цим непродуктивна витрата електроенергії, а також необхідність періодичного відключення установки для очищення електродів або навіть заміни електродного блоку.

Електролізери для обробки стічних вод

Електролізери (рисунок 1.4) для обробки стічних вод являють собою відкриті або зі знімною кришкою прямокутні сталеві резервуари, розділені на кілька відсіків за допомогою перегородок із синтетичних матеріалів. У перегородках є кілька рядів отворів, сумарна площа яких становить 20-30 % площі частини перегородки, що перебуває у воді, висота якої відповідає висоті занурених у воду електродів [10].

Рух потоку стічних вод в електролізері відбувається уздовж поверхні електродів у горизонтальному напрямку. Електролізер забезпечується приймальними й збірними камерами, також відділеними від його робочого простору дірчастими перегородками. На дно електролізера (у кожному з відсіків) укладають дірчасті трубки із синтетичних матеріалів, через які надходить стиснене повітря, яке барботує воду, й сприяє її перемішуванню. В електролізері містяться електроди двох типів: сталеві катоди (у вигляді пластин товщиною 1-2 мм) і аноди із графітованого вугілля у вигляді плит або стрижнів. Можна використовувати титанові аноди з метало оксидним покриттям (діоксид рутенію, магнетит і ін.). Орієнтовний термін служби анодів із графітованого вугілля становить 4 - 5 місяців. При обробці стічних вод, що вміщують мідь, доцільне використання мідних катодів для полегшення утилізації металевої міді, яка видаляється додатково зі стічних вод (у вигляді катодного осаду).

При визначенні габаритів електролізеру необхідно враховувати об'єм води, що постійно перебуває в ньому, а також об'єм, який займають перегородки, електроди (розміри плит із графітованого вугілля становлять (1000х180х50 мм). Відстань між сусідніми електродами (катодом і анодом) варто приймати в межах 40-50 мм.

Малюнок 1.4. - Електрокоагулятор з алюмінієвими електродами [11]: 1 - насос; 2 - збірник стічної води; 3 - трубопровід для подачі стічної води; 4 - вирівнювач струму; 5 - електроди; 6 - проточний електролізер; 7 - центрифуга; 8 - трубопровід для відведення забруднюючих компонентів; 9 - трубопровід для відведення очищеної води.

При значній розрахунковій величині струму в електричному колі (більше 3000 А) і необхідності відведення більших кількостей газоподібних продуктів електролізу, що виділяються, є ефективним використання установки декількох електролізерів, постачених автономними джерелами електроживлення.

До стічних вод, що перебуває в резервуарі - усереднювачі, додають насичений розчин повареної солі для досягнення її концентрації у воді в межах 5-10 г/л і розчин лужного реагенту (якщо буде потреба) до величини рН=10 [10].

Електрокоагулятори з алюмінієвими електродами

Малюнок 1.5. - Електрокоагулятор з алюмінієвими електродами [11]: 1 - насос; 2 - збірник стічної води; 3 - трубопровід для подачі стічної води; 4 - вирівнювач струму; 5 - електроди; 6 - проточний електролізер; 7 - центрифуга; 8 - трубопровід для відведення забруднюючих компонентів; 9 - трубопровід для відведення очищеної води.

Електрокоагулятори з алюмінієвими електродами (малюнок 1.5.), що використовуються для очищення концентрованих маслоемульгованих стічних вод, відносяться до нестандартизованого встаткування. Електрокоагулятори можуть бути як періодичної, так і безперервної дії. Електрокоагулятор складається з корпусу з похилим дном і кришки, електродної системи, піновідводящого пристрою [10].

Електрокоагулятори безперервної дії, крім того, повинні бути постачені пристроями розосередженого впуску й випуску води й пристроєм для підтримки рівня води в апараті на заданому рівні. У електрокоагуляторів обох типів повинні бути патрубки з вентилями для випуску й впуску води, піни, ємностями для збору піни й вентиляційною системою видалення водню [10].

Корпус електролізеру прямокутної форми виготовляється з листової вуглецевої сталі з наступним нанесенням на внутрішню поверхню захисного покриття, наприклад, з вініпласту або епоксидних смол. Кришка електролізеру, яка призначена для запобігання виділення водню в робоче приміщення, виготовляється з листової сталі з фарбуванням внутрішньої поверхні водостійкою фарбою. Дно корпуса електролізеру повинне мати ухил.

Електродний блок, що збирається з алюмінієвих пластин виконується у вигляді паралелепіпеда й розташовується рівномірно по об'єму електролізеру.

Електроди в блоці встановлюються плоско паралельно на однаковій відстані один від іншого (10-20 мм). Об'єм рідини над електродами не повинен перевищувати 20 % від загального об'єму електрокоагулятора. Електродні пластини прямокутної форми виготовляються однаковими для забезпечення їхньої взаємозамінності [10].

Піновідводящий пристрій виконаний у вигляді пристосування, що зганяє піну струменями стисненого повітря в пінозбірний лоток, або у вигляді дошки із пневматичним приводом. Цей пристрій переміщується як вручну, так і автоматично по заданій програмі.

У процесі електролізу виділяється водень, який необхідно постійно видаляти з апарату. Час обробки стічної води при відповідній силі струму вибирають експериментально по ступені її посвітління. При зміні складу стічної води час її обробки також змінюється [10].

нафтопродукт електрохімічний стічний вода

2. Спеціальна частина

.1 Загальна характеристика тонкошарового відстійника

Основні особливості багатополичних споруд наступні: відстійник ділиться похилими пластинами на яруси глибиною 40-100 мм; нахил пластин в 45-60 ° до горизонту забезпечує сповзання осаду з ярусів в осадоущільнювача, а спливаючих маслопродуктів - на поверхню води. Пристрій ярусів в маслоуловлювачах одночасно із зменшенням її об'єму дозволяє забезпечити стабільність течії рідини і зменшити можливість виникнення температурних течій.

Порівняльні випробування [1] звичайної та тонкошарової маслоуловлювачів рівного об'єму з концентрацією маслопродуктів на вході 90-98 мг / л показали, що концентрація на виході з багатоярусного споруди склала 13-20 мг / л, а з маслоуловлювачів звичайної конструкції - 40-45 мг / л. Таким чином, використання тонкошарових відстійників замість ємнісних дозволяє підвищити ефективність першого ступеня очищення від маслопродуктів з 50-60 % до 78-87 %.

У тонкошарових відстійниках і нафтоуловлювачах залежно від їх конструкції можуть бути здійснені кілька схем руху рідини і дисперсних частинок :

Прямоточна, коли напрям руху рідини і виділяються з неї частинок збігаються;

Противоточна, коли відокремлювані частки рухаються проти руху робочого потоку;

Перекрестноточна, коли відокремлювані частинки рухаються поперек руху робочого потоку рідини.

Конструкція тонкошарового відстійника - нафтоуловлювача з протитечійним рухом виділеної нафти і робочого потоку рідини показана на малюнку 2.1.

Малюнок 2.1. Схема багатоярусного відстійника-нафтоуловлювача з протитечійним рухом води та виділеної нафти: 1 - гідроелеватор для видалення осаду; 2 - заглиблений трубопровід для подачі забрудненої рідини; 3 - паралельні пластини; 4 - скребковий транспортер; 5 - насадки; 6 - лоток для прийому очищеної рідини; 7 - шарнірне з'єднання; 8 - нафтозбиральних труба; 9 - перегородка

Це прямокутний резервуар, розділений перегородкою 9 на дві секці. Над перегородкою розташовані блоки з паралельних пластин 3. Шарнірне з'єднання 7 блоку з перегородкою дозволяє змінювати кут нахилу блоку і тим самим у процесі налагодження визначати оптимальне його значення, при якому не відбувається зашламлення ярусів. Вихідна забруднена рідина подається в першу секцію відстійника - нафтоуловлювачі через заглиблений трубопровід 2 з насадками 5. При цьому з потоку виділяється крупнодисперсна нафта. Мілкодисперсна нафта, на затримання якої розрахован нафтоуловлювач, виділяється при проходженні робочого потоку через блок з паралельними пластинами 3. Затримана в ярусах нафта рухається проти основного потоку, виходить з блоку і спливає в першій секції. Робочий потік, вийшовши з блоку, піднімається вгору і, переливаючись через водозлив в лоток 6 для прийому очищеної рідини, відводиться з споруди.

Розглянута конструкція працює як протитечійна для затримання нафтопродуктів і як прямоточна для затримання важких забруднень. Осад, виділений у першій та другій секціях нефтеловушки, скребковим транспортером 4 згрібається у відповідні приямки звідки гідроелеваторами 1 відкачується на споруди для подальшої його обробки. Нафтопродукти, що накопичилися на поверхні, видаляються з пастки через нафтозбиральних трубу 8.

При русі робочого потоку в ярусах виділяються дрібнодисперсна нафту і мінеральні забруднення. Крапельки нафти спливають до верхніх пластин ярусу, укрупнюються і рухаються вгору по твірної ярусу до периферії, а потім піднімаються на поверхню води в нафтоуловлювачі.

При вмісті у воді важких нафтопродуктів яруси тонкошарового відстійника будь-якої конструкції можуть поступово « зашламлятись ».

Чим більший висота відстійника, то більше вписувалося необхідно часу для спливання частки лежить на поверхні води. І це, своєю чергою, пов'язані з збільшенням довжини відстійника. Отже, інтенсифікувати процес відстоювання в нафтоуловлювачах звичайних конструкцій складно. Зі збільшенням розмірів відстійників гідродинамічні характеристики відстоювання погіршуються. Чим тонше шар рідини, тим процес спливання (осідання) відбувається швидше за інших рівних умов. Такі відстійники мають ще низку переваг перед традиційними - малі габарити, що дає змогу розташовувати їх у закритих приміщеннях (це, своєю чергою, підвищує ефективність їхньої роботи через високу і стабільну температуру), простота будови, недефіцитність матеріалів, транспортабельність та ін. Порівняно із центрифугами, гідроциклонами, сепараторами вони дешевші, не потребують великих затрат енергії.

.2 Методика розрахунку тонкошарового о відстійника за протитечійною схемою

В даний час застосовується велика кількість конструктивних різновидів тонкошарових відстійників, які працюють за протитечійною схемою У конструкції відстійника, показаного на рис. 2.1., розрахункової є довжина пластини в блоці ( модулі ) L_ы і продуктивність секції q_set за формулою 2.4.

Довжину пластини Lи можна визначити за формулою:

L_bl = u_Wh_ti/U₀,                                                                           (2.1)

де u_w - швидкість потоку в ярусі ; h_ti - висота ярусу. Дані параметри задаються за табл. 2.1.

Продуктивність однієї секції розраховується за формулою СНиП 2.04.03-85, для якої H_bl визначається за формулою

Н_ы = п_tib_n,                                                                               (2.2)

де п_ti - кількість ярусів у блоці, яке призначається з конструктивних міркувань ; b_п - визначається за формулою:

 b_п = h_tiсоs.                (2.3)

Основні розрахункові параметри відстійників треба визначати за табл. 2.1.

Таблиця 2.1.

Продуктивність одного відстійника q_set, м3 / ч, слід визначати виходячи із заданих геометричних розмірів споруди та необхідного ефекту освітлення стічних вод за формулами, для тонкошарового відстійника з протитечійною схемою вона виглядає так:

                  (2.4.)

де К_set - коефіцієнт використання об'єму, прий мати по табл. 2.1 ;_ы - ширина тонкошарового блоку, м;

Н_ы - висота тонкошарового блоку, м;

Для відстійників з тонкошаровими блоками треба приймати кут нахилу пластин від 45 до 60 °.

2.3 Розрахунок тонкошарового відстійника за протитечійною схемою

Розрахувати тонкошаровий відстійник, який працює за протитечійною схемою видалення осаду.

Розрахунок ведеться для випадку очищення нафтовмісних стічних вод НПЗ, коли для забезпечення зниження вмісту нафтопродуктів до 50-70 мг/л з води повинні бути видалені глобули нафти гідравлічною крупністю = 0,25 мм /с, яка визначена при відстоюванні в шарі води h = 100 мм. Витрата стічних вод q_W постійний і складає 500 м3/г, температура води 20°С.

Прийнявши за табл. 2.1 висоту ярусу h = 0,l м, і швидкість робочого потоку = 5 мм/с, визначаємо за формулою 2.1 довжину пластини в ярусі:

L_bl = 5 * 0,1/0,25 = 2м

Поставивши собі кутом нахилу пластин, певним експериментально б = 45 °, визначаємо відстань між пластинами за формулою 2.3.

.

Задаємося кількістю ярусів в блоці (модулі) з умови простоти монтажу nи = 15 шт. Визначаємо висоту блоку за формулою 2.2.:_ы = 0,07^.15 = 1,05 м.

Ширина блоку ми визначаємо з умови ширини матеріалу листа і умов монтажу. Призначаємо ширину однієї секції відстійника:

_set = B_ы = 6 м. (табл.2.1)

Визначаємо продуктивність однієї секції за формулою 2.4, якщо коефіцієнт використання об'єму Кset = 0,55 (табл. 2.1):

q_set = 3,6^.0,55^.1,05^.6^.5 = 62,4 м³/г.

Товщиною пластин у блоці при технологічному розрахунку можна нехтувати.

Виходячи з витрати стічних вод визначаємо кількість секцій відстійника: = 500/62, 4 = 8 шт.

Малюнок 2.2. Схема тонкошарового відстійника, що працює за противоточной схемою видалення домішок

Висновки

1.    У результаті виконання курсового проекту розглянута схема очищення стічних вод від нафтопродуктів.

2.       Запропонована методика та розрахунок тонкошарового відстійника за протитечійною схемою.

.        Отримані результати за розрахунками:

1)     Довжина пластини - 2 м;

2)      Відстань між пластинами - 0,07 м;

)        Висота блока - 1,05 м.

)        продуктивність однієї секції - 62,4 м³/г

4. За допомогою тонкошарового відстійника буде здійснюватися ефективне очищення стічних вод від нафтопродуктів.