CC BY
122
DOI: 10.24143/1812-9498-2018-1-15-19
УДК [665.63:66.013]:[628.29:628.34.034.2.001.26]
Р. А. Бурнашев, Н. Н. Артемьева
АДСОРБЦИОННЫЙ МЕТОД ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД КАНАЛИЗАЦИОННО-ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ
Цель исследования - поиск путей повышения эффективности очистки сточных вод в контексте решения проблемы накопления нефтешлама на нефтеперерабатывающем заводе. Рассматривается адсорбционный метод очистки, преимущество которого в адсорбции молекул загрязнений под действием силового поля в порах адсорбента. Применение новых технических решений позволяет уменьшить объемы накопленных отходов и сделать процесс очистки более экологичным и экономически выгодным.
Ключевые слова: накопление нефтешлама, канализационно-очистные сооружения, адсорбер, очистка сточных вод.
Введение
Ранее была подробно проанализирована работа канализационно-очистных сооружений с целью выявления «узких мест» [1]. Для ликвидации одного из «узких мест» предлагается использовать метод адсорбции.
Адсорбционный метод очистки сточных вод является наиболее эффективным. Данный метод основан практически на полном извлечении примеси из жидкой фазы. Одним из плюсов данного метода является преимущественная адсорбция молекул загрязнений под действием силового поля в порах адсорбента.
Основные способы использования адсорбентов при очистке сточных вод
Выбираем конструкцию адсорбера, ориентируясь на дисперсный состав адсорбента с учетом цены и возможности регенерации.
Исходя из дисперсного состава адсорбента, конструкции адсорберов можно разделить на четыре основных типа:
1) адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента используется для фракций размером 0,25-2,5 мм;
2) адсорбер с неподвижным или движущимся слоем адсорбента используется для фракций размером 0,8-5 мм;
3) адсорберы патронные с фильтрованием воды через слой адсорбента толщиной 0,5-2 см используются для фракций размером 0,02-0,1 мм.
4) адсорберы-смесители используются для фракций размером 0,05-0,5 мм. Адсорберы первого типа наиболее часто применяются для очистки сточных вод
в небольших объемах с хорошо сорбируемыми загрязнениями.
Адсорберы второго типа могут применяться для очистки сточных вод любых объемов различной концентрации и химического состава извлекаемых примесей.
Адсорберы третьего типа используются для очистки сточных вод небольших объемов, низко концентрированных (5-10 мг/л извлекаемых примесей), а адсорберы четвертого типа эффективно применять для очистки высококонцентрированных сточных вод в небольших объемах.
Выбираем адсорбер второго типа, т. к. его эффективность адсорбционной очистки достигает 80-95 % (рис.).
Аппарат имеет цилиндрическую обечайку 1, корпус аппарата загружен слоем гранулированного активного угля 11. Адсорбент поступает на перфорированную плиту 10, одновременно через нее проходит жидкость равномерным потоком вверх, а провал зерен активного угля не допускается за счет вставленных в ее отверстия насадок. Подача очищаемой воды в аппарат осуществляется с помощью патрубков 2 и 3. Во время работы колонны патрубки открываются поочередно, из-за этого изменяется точка ввода жидкости в колонну. Свежий и регенерированный активный уголь поступает в аппарат через патрубок 9. Системы отвода очищенной воды
располагаются над слоем угля в два уровня: 5 и 6. В конструктивном отношении они идентичны и состоят из желобов 8 и сборника 7, смонтированного на боковой стенке корпуса. Вывод очищенной воды из аппарата осуществляется двумя способами: через выходной патрубок 5 верхней дренажной системы или через патрубок 6 нижней отводной системы.
Схема адсорбционного аппарата: 1 - корпус адсорбера; 2, 3 - патрубки для подачи сточной воды на очистку; 4 - патрубок для выгрузки осадка из колонны; 5, 6 - нижняя и верхняя системы отвода очищенной воды; 7 - сборник для очищенной сточной воды; 8 - приспособление для сбора очищенной сточной воды; 9 - патрубок для ввода свежего и отрегенерированного активного угля; 10 - перфорированная плита; 11 - активный уголь
Определяем общую площадь одного адсорбера, м2:
0 Qw 10000 ^
£ = =-= 41,7,
V 24•10
где Qw - среднечасовой расход сточных вод, м3/ч; V - скорость потока, принимаемая не более 12 м/ч. Определяем высоту загрузки, выгружаемой из адсорбера, м:
„ КтЬ • Qw • t 4,1 • 417 • 24 „„ Я, =-= ^-= 2,2,
1 5 •у 41,7 • 450
где Кт1П - доза активного угля, выгружаемого из адсорбера, г/л; t - время, ч; 5 - площадь одного адсорбера, м2; у - насыпной вес активного угля, г/м3.
Принимаем высоту загрузки Я1 = 2,5 м; Я3 = Ях = 2,5 м, где Н3 - резервный слой сорбента, рассчитанный на продолжительность работы установки в течение времени перезагрузки или регенерации слоя сорбента высотой Н1.
Определяем высоту загрузки, обеспечивающую очистку до концентрации Сех, м:
Я = Ктах • Qw • t = 9,9 • 417 • 24 = 53
2 5 •у 41,7 • 450 , ,
где у - насыпной вес активного угля, г/м3.
Принимаем высоту загрузки адсорбента Я2 = 5 м.
Определяем суммарную высоту загрузки адсорбента в адсорбционной установке, м:
Я общ = Я1 + Я 2 + Я 3 = 2,5 + 5 + 2,5 = 10. Определяем объем загрузки одного адсорбера, м3:
V = пR2 • Ях = 3,14 • 1,72 • 2,5 = 22,7,
где Я - радиус адсорбера.
Определяем порозность загрузки:
унас 0 45 0 = 1 -1— = 1 - — = 0,5,
каж 0 9
У
где унас - насыпная плотность адсорбента (отношение массы твердых частиц к занимаемому ими объему, г/см3); укаж - кажущаяся плотность адсорбента (масса гранулы адсорбента, отнесенная
к ее объему, включая объем пор и газовых включений, г/ см3).
Определяем сухую массу угля в одном работающем адсорбере, т:
тсух = V •унас = 22,7 • 450 = 10,215. Определяем количество установленных адсорберов в одной линии, шт.:
л, 10 ,
N =-= 4.
2,5
Определяем время работы адсорбционной установки до проскока, ч:
= 2Сех (Я 3 + Я 2 )-0-( атах + Сеп )
^еп
где Сеп - начальная величина ХПК, мг/л; Сех - конечная величина ХПК, мг/л; атах - максимальная сорбционная емкость; 9 - порозность загрузки;
= 2• 0,05 -(5 + 2,5)• 0,5 •(200 + 0,625) = 1 11•0,6252
Определяем затраты угля, т/ч:
т • N 10 215 • 4
Ц = _^ух-= 10,215 4 = 0,8.
t2 51
ISSN 1812-9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2018. № 1 (65)
Определяем дозу угля, г/л:
дт1П = = 0,8 = 0,002. Qw 417
В ходе расчета были определены основные параметры аппарата, а также количество установленных адсорберов в одной линии (4 шт.). На основании данного расчета будет проведен механический расчет для дальнейшего конструирования адсорбера.
Заключение
Предлагаемое техническое решение по использованию адсорбера позволяет решить проблему с накоплением нефтешлама на канализационно-очистных сооружениях. Таким образом, данное решение позволяет сделать процесс очистки сточных вод более экологичным и экономически выгодным. Это подтверждается выполненным технологическим расчетом. Данные технические решения могут быть использованы для других схем канализационно-очистных сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Бурнашев Р. А., Артемьева Н. Н., Максименко Ю. А. Организация работы технологического процесса канализационно-очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода для сокращения объемов хранения нефтешламов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. 2017. № 2 (64). С. 16-20.
2. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: справ. Л.: Машиностроение, 1970. 752 с.
3. Скобло А. И., Белов А. И. и др. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. М.: Недра-Бизнесцентр, 2000. 677 с.
4. Когановский А. М., Клименко Н. А. и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М.: Химия, 1983. 288 с.
Статья поступила в редакцию 06.03.2018
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Бурнашев Руслан Александрович — Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; магистрант кафедры технологических машин и оборудования; [email protected].
Артемьева Наталья Николаевна - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры технологических машин и оборудования; [email protected].
R. A. Burnashev, N. N. Artemieva
ADSORBTION METHOD OF WASTE WATER TREATMENT AT SEWAGE FACILITIES IN OIL PROCESSING PLANTS
Abstract. The aim of research is to find ways of increasing the efficiency of wastewater treatment in order to solve the problem of oil sludge accumulation in the oil processing plant. The use of an adsorption purification method is considered, the advantage of which is in adsorbing molecules of pollutants under the influence of the force field in adsorbent pores. Application of new technical solutions helps to reduce the volume of accumulated wastes and to make the process of treatment more environmentally friendly and economically feasible.
Key words: oil sludge accumulation, sewage treatment facilities, adsorber, sewage waters treatment.
REFERENCES
1. Burnashev R. A., Artem'eva N. N., Maksimenko Iu. A. Organizatsiia raboty tekhnologicheskogo protsessa kanalizatsionno-ochistnykh sooruzhenii neftepererabatyvaiushchego zavoda dlia sokrashcheniia ob"emov khraneniia nefteshlamov [Arrangement of technological process of sewage waters treatment facilities at oil processing plant to reduce oil sludge storage accumulation]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2017, no. 2 (64), pp. 16-20.
2. Lashchinskii A. A., Tolchinskii A. R. Osnovy konstruirovaniia i rascheta khimicheskoi apparatury: spravochnik [Introduction into design and calculation of chemical apparatuses: reference book]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1970. 752 p.
3. Skoblo A. I., Belov A. I. i dr. Protsessy i apparaty neftegazopererabotki i neftekhimii [Processes and instruments of oil and gas chemical processing and production]. Moscow, Nedra-Biznestsentr Publ., 2000. 677 p.
4. Koganovskii A. M., Klimenko N. A. i dr. Ochistka i ispol'zovanie stochnykh vod v promyshlennom vodosnabzhenii [Sewage waters treatment and application in commercial water supply]. Moscow, Khimiia Publ., 1983. 288 p.
Burnashev Ruslan Aleksandrovich - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Master's Course Student of the Department of Technological Machines and Equipment; [email protected].
Artemieva Natalia Nikolaevna - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Technological Machines and Equipment; [email protected].
The article submitted to the editors 06.03.2018
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
