Фізико-електрохімічне очищення стічних вод нафтогазового комплексу Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

НЛТУ

УКРЛ1НИ

Hl/IUB

Науковий bIch и к Н/1ТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270431

Article received 12.05.2017 р. Article accepted 24.05.2017 р. УДК 630.456:628.4:544.4

ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)

1 ЁЕЗ Correspondence author V. L. Chelyadyn chvl@email.ua

В. Л. Челядин1, М. М. Богославець2, Л. I. Челядин3, О. А Петришак3

Институт проблем Mamepiano3Haecmea м. I. М. Францевича НАН Украши, м. Кшв, Украша 2ПАТ "Нафтохмм Прикарпаття", м. Надвiрна, 1вано-Франтвська область, Украша 31вано-Франювський нащональний техшчний ушверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Украша

Ф1ЗИКО-ЕЛЕКТРОХ1М1ЧНЕ ОЧИЩЕННЯ СТ1ЧНИХ ВОД НАФТОГАЗОВОГО КОМПЛЕКСУ

Об'ем "недостатньо" очищених вод в Укра'Тш у 2016 р., яю було скинуто у водш об'екти, становив 2500-2625 млн м3, а в 1вано-Франмвськш обл. - близько 85,5 млн м3, що шдтверджуе ввдсутнють або недостатню потужнють наявних очисних споруд та Тх низьку ефектившсть. За результатами аналiзу основних методiв очищения стiчних вод та конструкцш устатку-вання з'ясовано, що в основному використовують землянi ввдкрип вiдстiйники та бiологiчне очищення, яке е енергоемним. Такi очиснi споруди займають великi територп, а стушнь очищення невисока - 55-65 % ввд завислих частинок i 45-55 % ввд нафтопродуктiв, якi значно впливають на забруднення водних ресуршв та атмосфери.

Для очищення спчних вод використано фiзико-електрохiмiчний метод. 1стотними перевагами електрокоагуляцп е знач-не зменшення дози реагентiв для очищення спчно'Т води та просте регулювання дози iонiв металiв, необхiдноT для коагуля-цй' за рахунок величини електричного струму. Технологiя очищення спчно'Т води, за якою проведено дослвдження, така: на першому етапi TT шддавали електрообробленню перед тонкошаровим ввдстшником, а на другому - додатково на входi у фiльтр. Наведено результати очищення забруднених стокiв методом ввддшення нафтопродуктiв у верхнiй i важких завислих у нижнiй частинах тонкошарового ввдстшника, а доочищення шших шкiдливих компонентiв - фiльтрацiею з участю цеолiту клиноптилолiту. Показано, що електрооброблення стiчних вод у процесах водоочищення пiдвищуе ступiнь очищення ввд нафтопродуктiв вiд 55,1-65,6 % до 89,1-99,2 %, а вiд завислих частинок - вiд 58,9-63,0 %, до 89,9-98,2 %, що зменшуе скид забруднень у довкiлля i пiдвищуе рiвень екологiчноT безпеки об'екта.

Kni040ei слова: забруднення водних ресурив; технологи; устаткування; тонкошаровий вiдстiйник; електрохiмiчне очищення; ступiнь вiддiлення.

Вступ. Проблеми екологи охопили всi краши та континенти i стосуються штересгв, потреб кожного мешканця на планеп, а тому набули загального, глобального характеру, як зумовленi низкою обставин, що пов'язано iз впливом таких фактор1в. На всiх стадiях свого розвитку людина була ткно пов'язана з навко-лишнiм свиом. Однак з того часу, як з'явилося високо-iндустрiальне суспiльство, небезпечне втручання люди-ни у природу стрiмко посилилося, стало рiзноманiтнi-шим i зараз загрожуе стати глобальною небезпекою для людства. Стiчнi води, що утворюються на рiзних об'ектах, очищаються вiд забруднень недостатньо, що призводить до забруднення водних ресурсов, а значить вiдбуваеться забруднення довкшля, яке е сучасною проблемою.

Згщно з даними (БоукПИа икгату, 2014), в Украш у 2016 р. об'ем "недостатньо" очищених вод, як було скинуто у водш об'екти, становить 2500-2625 млн м3, а в !вано-Франювськш обл. - близько 85,5 млн м3, що шдтверджуе ввдсутшсть або недостатню потужшсть наявних очисних споруд та !х низьку ефектившсть. Огляд публшацш (2арокку1, й а1., 2000; ОЦаёепоу, 2001; Ко-maroуskij & Ыощак, 2016) з очищення спчних вод та конструкцш устаткування показав, що в основному використовують земляш ввдкрип ввдстшники та бюлопч-не очищення, яке е енергоемним. Таю очисш споруди

займають велик територп, а стушнь очищення невисока - 45-50 % вщ завислих частинок i ще менша вiд наф-топродуктiв, як значно впливають на забруднення водних ресурсш та атмосфери.

Найпоширешшими забруднювачами стiчних вод е нафтопродукти (н/п), якi надходять у природне водне середовище рiзними шляхами. Наприклад, внаслiдок фонтанування свердловини наприкшщ процесу бурш-ня, аварш на водному транспортi пiд час перевезення танкерами, внаслiдок аварiйних ситуацш iз проливання нафтопродукт1в та у процесах нафтоперероблення.

Для очищення спчних вод вiд нафтопродукт1в використовують фiзико-хiмiчнi технологй' очищення спч-них вод (Malovanyy, et al., 2014; Vieira & Monteiro, 2009; Berezuckij, 1989), як охоплюють стадго перемь шування з необхiдним реагентом та наступним фщьтру-ванням спчно! води через рiзнi типи пористих перети-нок, що вiдрiзняються за хiмiчним складом та мають рiзнi розмiри частинок фiльтрувального матерiалу i його пористкть.

Спостерiгаеться значне подорожчання хiмiчних ре-агентiв, таких як окисники, вщновники, кислоти, луги, коагулянти, флокулянти, а також така технолопя спри-чиняе додаткове забруднення очищено'' води анюнами та катiонами хiмiчних реагенпв, що використовуються.

Цитування за ДСТУ: Челядин В. Л., Богославець М. М., Челядин Л. I., Петришак О. А. Фiзико-електрохiмiчне очищення слчних

вод нафтогазового комплексу. Науковий вюник НЛТУ УкраТни. 2017. Вип. 27(4). С. 140-143. Citation APA: Chelyadyn, V. L., Bohuslavets, M. M., Chelyadyn, L. I., & Petryshak, O. A. (2017). Ecology of Water Resources and Physical and Electromechanical Wastewater Treatment in Oil and Gas Sector. Scientific Bulletin of UNFU, 27(4), 140-143. https://doi.org/10.15421/40270431

На нафтопереробних заводах (НПЗ) використову-ють, в основному, механiчне та бюлопчне очищения стiчних вод пiсля змшування вод 1 i 2 канашзацшних систем. Бiологiчний метод (БагЬак & Кгашег^асИст-ак, 2002) застосовують за певних показникiв спчно! води: рН - 5,5-8,5, температура - вщ 20 до 35 °С та вмкт О2 - не менше 1 -2 мг/дм3, який забезпечуеться потуж-ними повiтродувками, що енергозатратно.

Останнiми роками набувають поширення електрохь мiчнi методи (СИе1уаёуп, е! а1., 2013) очищення стiчних вод промислових пiдприeмств. 1стотними перевагами електрокоагуляцп е значне зменшення дози реагенпв для очищення с^чно! води та просте регулювання дози iонiв меташв, необхщно1 для коагуляци за рахунок ве-личини електричного струму.

Дослвдження, якi наведено у (СИе1уаёуп, е! а1., 2013; СИе1уаёуп & СИе1уаёуп, 2016), показали ефектившсть фшьтрування стiчних вод через вуглецевомшеральш матерiали та цеолiт клиноптилолiт, яке зменшуе обсяг забруднень, а тому у наших дослвдженнях використову-вали саме цей цеолiт.

Матерiали та методи дослвдження. Для очищення спчних вод дослiджували технологiю фiзико-хiмiчного очищення методом електрооброблення та фшьтрацп, яку проводили за допомогою установки, яку наведено на рис.

Дослвдження на першому етапi проводили таким чином. Зi сировинно! мкткосп стiчна вода насосом подавалась у вщстшник упродовж 1,5 год у кшькосп 30 дм3. Очищення спчних вод вiд завислих частинок проводили за допомогою горизонтального вщстшника з похи-лими площинами (ПП) i з попереднiм електрооброблен-ням. Далi стоки надходять в електроапарат, де пiд дiею електричного струму (и=8-12 в) у стоках ввдбуваються електрохiмiчнi процеси. З електроапарата стоки проть кають через фшьтр, що заповнений фiльтрувальним ма-терiалом (цеолiтом клиноптилолiтом), де iз спчно1 води вiддiляються iншi забруднення у процес фшьтрацп та

адсорбци, а попм очищена вода надходить у мктюсть очищено! води. Дослiдження процесу очищення проводили в динамiчних умовах, а показники спчно! води

визначали за методиками (Lure, 1984).

Рис. Схема лабораторно'1 установки для очищення спчних вод: 1) мюткють забруднених стiчних вод; 2) насос, 3) електрокоагулятор; 4) тонкошаровий ввдстшник; 5) збiрник шламу водоочищення; 6) електроапарат; 7) фшьтр; 8) мюткють очищено'1 води

Для пiдвищения ефективносп очищення стiчних вод НПЗ та ВАТ "Прикарпатського УБР" вiд н/п i завислих частинок провели дослвдження з очищення стiчних вод цих об'ект1в. Склад стiчних вод НПЗ та УБР наведено у табл. 1. Результати дослвдження з очищення спчних вод у вщстшнику ввд завислих частинок (мех. домшки) та н/п наведено в табл. 2. Дослвдження на другому еташ за рiзних параметрiв (напруга) оброблення спчних вод в електроапарат перед ввддшенням н/п у тонкошаровому вщстшнику наведено в табл. 3, 4.

Результати дослщження очищення стiчних вод з електрообробленням за трьох показниюв напруги в електроапаратi та кутом нахилу площин 45 °С у тонкошаровому вщстшнику вiд завислих частинок (мех. домшки) наведено у табл. 3. Результати дослщження з очищення стчних вод за попередшм електрообробленням перед вщстшником наведено у табл. 4.

Табл. 1. Середнш вмкт компонентiв у забруднених тчних водах (мг/ дм )

Назва Ca Mg2+ - K++Na+ Cl- SO42-- завит частинки нафтопродукти

Спчна вода НПЗ 174,1 38,85 235,5 339,4 52,4 33,7 9,1

Пластова вода УБР 1254,3 424,6 356,2 8132,4 80,5 40,5 5,4

Табл. 2. Результати очищення тчних вод у тонкошаровому вщстшнику

^^Показник Проба~\^ спчно'Т вода\^ Показник спчних вод до очищення, мг/дм3 Кут нахилу похилих пло-щин а, град. Показник спчних вод шсля очищення, мг/дм3 Стушнь очищення, %

завит частинки нафтопродукти завит частинки нафтопродукти завит частинки НП

1 НПЗ 7,61 10,52 0 2,81 3,62 63,0 65,6

2 НПЗ 7,61 10,52 30 1,51 2,19 84,1 76,1

3 НПЗ 10,3 9,35 45 1,85 1,05 82,7 83,5

4 НПЗ 8,78 7,41 60 1,63 2,16 81,5 89,1

5 НГДУ 21,4 0,95 0 6,64 0,56 70,2 54,5

6 НГДУ 21,4 0,95 30 2,15 0,32 89,9 70,4

7 НГДУ 22,3 1,53 45 2,33 0,72 89,5 73,9

8 НГДУ 18,7 1,12 60 2,21 0,28 88,2 75,0

Табл. 3. Результати очищення спчних вод з попередшм електрообробленням у тонкошаровому вщстшнику

Показник Проба^^ спчноТ води\_ Показники спчних вод до очищення, мг/дм3 Параметри електро-оброблення, В Показники спчних вод шсля очищення, мг/дм3 Стушнь очищення, %

завит частинки нафтопродукти завит частинки нафтопродукти завит частинки НП

1 НПЗ 7,61 10,52 0 3,13 4,72 58,9 55,1

5 НПЗ 7,61 10,52 8 1,35 1,81 82,2 76,2

6 НПЗ 7,61 10,52 10 1,24 1,65 83,7 78,3

7 НПЗ 7,61 10,52 12 1,13 1,56 85,2 79,5

№ проби, об'ект Параметри До очищення, мг/дм3 Шсля чищення, мг/дм3 Стушнь очищення, %

напруга, В кут нахилу площин,° мехашчш домшки НП мехашчш домшки НП мехашчш домшки НП

1 - НПЗ 8 30 50,2 20,5 8,3 0,53 83,5 97,5

2 - НПЗ 10 30 50,2 20,5 4,1 0,45 91,8 97,8

3 - НПЗ 12 30 50,2 20,5 3,3 0,55 93,4 98,0

4 - НПЗ 8 45 93,6 31,6 4,5 0,35 95,2 98,9

5 - НПЗ 10 45 98,6 31,6 1,8 0,25 98,2 99,2

6 - НПЗ 12 45 98,6 31,6 2,4 0,3 97,6 99,1

7 - НГДУ 8 60 132,5 56,4 5,3 0,45 96,0 99,2

8 - НГДУ 10 60 132,5 56,4 3,1 0,50 97,7 99,1

9 - НГДУ 12 45 132,5 56,4 4,2 0,65 96,8 98,8

10 -НГДУ 8 45 151,4 45,7 4,8 0,52 96,8 98,9

11-НГДУ 10 30 151,4 45,7 5,1 0,54 96,6 98,8

12-НГДУ 12 30 151,4 45,7 5,3 0,53 96.5 98,8

Обговорення отриманих результата. На основi наведених вище результатiв дослiджень встановлено, що електрообробленням стiчних вод перед протiканням !х через тонкошаровий вiдстiйник впливае на стушнь очищення стiчних вод, оскшьки утворенi мшробуль-башки оксигену та пдрогену флотують н/п у верхню частину вiдстiйника, де вони з поверхш води вщдшя-ються перед переливом (на гребш), а тому кшьюсть !х п1сля вiдстiйника зменшуеться i ступiнь очищення ста-новить 95,3-98,2 %. Змiна кута нахилу похилих площин у тонкошаровому ввдстшнику, який виставляли пiд рiз-ним кутом нахилу, впливае на вмкт завислих частинок таким чином: за кута нахилу похилих площин 30о -84,1-89,9 %, 45о - 82,7-89,5 % i 60о - 81,5-88,2 %, що можливо пояснити пдродинамжою потоку води, оскшьки за меншого кута нахилу площини завислi час-тинки не встигають сповзти вниз для виходу у шламо-накопичувач, а частково змиваються iз пластини потоком води, що збиьшуе !х кiлькiсть шсля вiдстiйника.

Отже, встановлено, що за оптимально! напруги об-роблення 10 В та кута нахилу похилих площин у тонкошаровому ввдстшнику 45о i повторного електрооброб-лення та фiльтруванням через клиноптилолiт стушнь очищення спчних вод вiд мехашчних домiшок стано-вить 83,5-98,2 %, вiд нафтоиродукт1в - 97,8-99,2 %.

Отже, запропонована лабораторна установка дае змогу дослвдити процес очищення спчних вод iз вста-новленням оптимальних параметров водоочищення, як1 можуть бути основою видачi технiчних умов для роз-роблення технологiчно! схеми локально! промислово! установки очищення стiчно! води певного галузевого об'екта.

Висновки:

1. Згщно з результатами проведених до^джень з очищення сичних вод встановлено, що ступiнь очищення слчних вод вiд нафтопродуктiв внаслщок електрооб-роблення збiльшуeться вiд 85,7-91,1 % до 95,6-98,5 %.

2. За результатами лабораторних до^джень тонкошарового вщстшника встановлено, що ефектившсть удоско-наленого експериментального тонкошарового вщ-стiйника дае змогу пiдвищити стушнь водоочищення вщ завислих частинок до 85,7-95,2 % та зменшувати площi землi для очищення стоков.

Перелж використаних джерел

Berezuckij, V. V. (1989). Lokalnye ustanovki dlja promyshlennyh sto-

kov, 1, 30-31. Moscow: Mashinostroitel, 260 p. [in Russian]. Chelyadyn, L. I., Hryhorchuk, L. I., Chelyadyn, V. L., & Bohosla-vets, M. M (2013). Metody ta ustatkuvannia zmenshennia zabrud-nennia vodnykh resursiv stokamy z obiektiv naftohazovoho kompleksu. Rozroblennia ta ekspluatatsiia naftohazovykh ro-dovyshch, 2(47), 145-151. Ivano-Frankivsk. [in Ukrainian]. Chelyadyn, V. L., & Chelyadyn, L. I. (2016). Processing Technologies of Technologenik Waste into Filter Media for Sewage Treatment Of Industrial Objects: Monohrafiia Liublinskoi politekhniky (pp. 15-25). Water Supply and Wastewater Removal, 350 p. Dovkillia Ukrainy. (2014). Statystychnyi zbirnyk (pp. 48-138). Kyiv,

640 p. [in Ukrainian]. Gljadenov, S. N. (2001). Ochistka stochnyh vod: tradicii i novacii. Je-

kologija ipromyshlennostRossii, 2, 15-17. [in Russian]. Komarovskij, D. P., & Monjak, T. M. (2016). Primenenie aljumoso-derzhashhih koaguljantov dlja obrabotki vody reki Zapadnaja Dvina. Vestnik Brestskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo uneversi-teta, 2(98), 74-79. [in Russian]. Lure, Yu. Yu. (1984). Analiticheskaja himija promyshlennyh stochnyh

vod. Moscow: Nauka, 448 p. [in Russian]. Malovanyy, А., Plaza, E., Trela, J., & Malovanyy, M. (2014). Combination of ion exchange and partial nitritation. Anammox process for ammonium removal from mainstream municipal wastewater. Water Science, & Technology, 70(1), 144-151. Sarbak, Z., & Kramer-Wachowiak, P. (2002). Porous structure of waste fly ashes and their chemical modifications. Powder Technology, 5, 53-58.

Vieira, C. M. F., & Monteiro, S. N. (2009). Incorporation of solid wastes in red ceramics - an updated review. Revista Matiria,14(3), 881-905.

Zapolskyi, A. K., Mishkova-Klymenko, N. A., Astrelin, I. M. et al. (2000). Fizyko-khimichni osnovy tekhnolohii ochyshchennia stichnykh vod. Kyiv: Libra, 552 p. [in Ukrainian].

В. Л. Челядын, М. М. Богославец, Л. И. Челядын, О. А Петрышак

Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, г. Киев, Украина ПАТ "Нефтехимик Прикарпатья", г. Надворная, Ивано-Франковская область, Украина Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, Украина

ФИЗИКО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА

Объем "недостаточно" очищенных вод в Украине на 2016 г., которые были сброшены в водные объекты, составил 25002625 млн м3, а в Ивано-Франковской обл. - около 85,5 млн м3, что подтверждает отсутствие или недостаточную мощность существующих очистных сооружений и их низкую эффективность. По результатам анализа методов очистки сточных вод и конструкций оборудования установлено, что в основном используются земляные открытые отстойники и биологическая очистка, которая является энергоемкой. Такие очистные сооружения занимают большие территории, а степень очистки не-

высокая - 55-65 % от зависших частиц и 45-55 % от нефтепродуктов, которые значительно влияют на загрязнение водных ресурсов и атмосферы.

Для очистки сточных вод использован физико-химический метод. Существенными преимуществами электрокоагуляции является значительное уменьшение дозы реагентов для очистки сточной воды и простая регулировка дозы ионов металлов, необходимой для коагуляции за счет величины электрического тока.

Технология очистки сточной воды, по которой проведены исследования, следующая: на первом этапе её подвергали электрообработке перед тонкослойным отстойником, а на втором - дополнительно на входе в фильтр. Приведены результаты очистки загрязненных стоков методом отделения нефтепродуктов в верхней и тяжелых зависших частиц в нижней частях тонкослойного отстойника, а доочистку других вредных компонентов - фильтрацией с участием цеолита клиноптилоли-та. Показано, что электрообработка сточных вод в процессах водоочистки повышает степень очистки от нефтепродуктов от 55,1-65,6 % до 89,1-99,2 %, а от зависших - от 58,9-63,0 % до 89,9-98,2 %, что уменьшает сброс загрязнений в окружающую среду и повышает уровень экологической безопасности объекта.

Ключевые слова: загрязнение водных ресурсов; технологии; оборудование; тонкослойный отстойник; электрохимическая очистка; степень отделения.

V. L. Chelyadyn, M. M. Bohuslavets, L. I. Chelyadyn, O. A. Petryshak

Frantsevich Institute for Problems of Materials Science of National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, Ukraine

PJSC "Naftokhimik Prykarpattia ", Nadvirna, Ivano-Frankivsk region, Ukraine Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine

ECOLOGY OF WATER RESOURCES AND PHYSICAL AND ELECTROMECHANICAL WASTEWATER

TREATMENT IN OIL AND GAS SECTOR

In 2016 the amount of insufficiently treated water emitted into the water pools in Ukraine constituted 2500-2625 mln m3, in particular in Ivano-Frankivsk region it was aproximately 85.5 mln m3, confirms the absence or insufficient capacity of existing treatment facilities and their poor performance. The analysis of the main methods of wastewater treatment and treatment facilities showed that ground open tanks and biological treatment, which is energy intensive, are used mostly often. Such treatment facilities occupy large areas and have low degree of purification from suspended - 55-65 % and 45-55 % of oil that considerably affect water and atmosphere pollution. In the course of the research wastewater treatment was conducted using a physic-electrochemical method. Research was conducted at the first stage for this technology. Wastewater was pumped from raw material container in electrical apparatus for the previous electro treatment where in drains take place an electrochemical processes by an electric current within 1.5 hour in an amount of 30 dm3, and then waste water was purified from suspended and oil in a horizontal tank with inclined planes, that changed inclination starting from 30 degrees, then 45 degrees, and up to 60 degrees. In the second stage of the research drains entered the second electric vehicle, where under the influence of an electric current (U = 8-12V) in drains electrochemical purification from soluble contaminants occurred. From electric device drains flow through the filter filled with filter material (zeolite clinoptilolite) where waste water is separated from other impurities in the filtration and adsorption and then purified water comes into a clean water container. Research of purification process was performed in dynamic conditions. As a result electro treatment of wastewater in the process of purification increases the cleaning of oil from 55.1-65.6 % to 89.1-99.2 %, and of suspended from 58.9-63.0 % to 89.9-98.2 %, which reduces pollutants emission into the environment and increases the environmental safety of the facility. Consequently, the proposed technology of drains treatment is proved to be efficient and covers a small area, so after more research it can be used to clean effluent contamination in other towns in areas remote from sites.

Keywords: pollution of water resources; technology; equipment; thin-layer tank; electrochemical cleaning; the degree of separation.

1нформащя про aBTopiB:

Челядин Володимир Любомирович, канд. xiM. наук, наук. ствробтик, 1нститут проблем матерiалознавства iM. I. М. Франце-

вича НАН УкраТни, м. КиТв, УкраТна. Email: chvl@email.ua Богославець Микола Михайлович, начальник управлшня охорони навколишнього середовища, ПАТ "Нафтохiмiк Прикарпаття",

м. Надвiрна, УкраТна. Email: uons@nnpz.com.ua Челядин Любомир 1ванович, д-р техн. наук, професор, 1вано-Франювський нацюнальний техшчний ушверситет нафти i газу,

м. 1вано-Франювськ, УкраТна. Email: chelyadyn@ukr.net Петришак Олег Андршович, бакалавр, 1вано-Франювський нацюнальний техшчний ушверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, УкраТна. Email: petrishak.oleg@gmail.com