CC BY
159
Проблемы рационального природопользования и экологический мониторинг 123
ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
© Чуркина А.Ю.*
Самарский государственный технический университет, г. Самара
Рассмотрены проблемы очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий. Показаны основные направления решения проблемы, в том числе возврата очищенной воды в производство. Рассмотрены альтернативные возможности дополнения очистных сооружений стадией адсорбционной доочистки и включения в технологический процесс биомембранного реактора. Приведены достоинства установки в аэротенке биомембранных модулей. Представлена оценка экономической эффективности использования биомембранных технологий.
Ключевые слова сточная вода, нефтеперерабатывающее предприятие, очистные сооружения, повышение эффективности адсорбционная доочистка, биомембранный реактор, биомембранная технология.
В нефтеперерабатывающей промышленности воду используют как сырье, хладагент, растворитель, экстрагент, для транспортировки сырья и материалов. В результате в огромных количествах образуются производственные сточные воды, загрязненные различными веществами органического и неорганического происхождения, однако, основными вредными примесями являются нефть и нефтепродукты, которые, по данным ЮНЕСКО, относятся к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среды [1].
На большинстве нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) России система очистки производственных сточных вод построена по стандартной схеме. Стоки последовательно проходят стадию механической и биохимической очистки. Механическая очистка обычно реализуется в отстойниках-нефтеловушках горизонтального или радиального типа, в которых всплывание нефтепродуктов и осаждение взвешенных веществ происходит из-за разности их плотности и плотности воды. Эффективность данной стадии не превышает 60 % [2].
Биохимическое окисление примесей сточных вод нефтеперерабатывающих заводов осуществляется в аэротенках, обычно в две стадии. Метод основан на способности микроорганизмов активного ила, использовать в качестве питательного субстрата многие органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах.
* Доцент кафедры «Химическая технология и промышленная экология», кандидат химических наук, доцент.
124
СТРАТЕГИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РЕГИОНОВ РОССИИ
При высокой концентрации загрязняющих веществ в стоках между механической и биохимической стадией технологической схемой очистных сооружений может быть предусмотрена физико-химическая стадия, например, флокуляция. В качестве метода доочистки больших объемов сточных вод (порядка 50 млн. м3/год) на некоторых предприятиях применяется фитоочистка на биологических фильтрах и в биопрудах. Сброс стоков нефтеперерабатывающих заводов практически всегда производится в поверхностные водоемы после обеззараживания (методом хлорирования или облучения ультрафиолетом).
Как показывает практика наблюдений за составом стоков нефтеперерабатывающих предприятий, описанные технологические схемы не позволяют очищать воду до нормативных требований [1-3]. Значительные количества вредных веществ непрерывно поступают в природные водоемы.
Одним из важнейших направлений концепции устойчивого развития каждого региона является охрана гидросферы и рациональное использование водных ресурсов. Приоритетным в этой области является создание систем оборотного водоснабжения территориальных комплексов, в том числе включение в оборот и повторное использование воды после очистных сооружений промышленных предприятий.
Остаточные концентрации загрязняющих веществ стоков нефтеперерабатывающих предприятий, прошедших очистные сооружения, схемы которых коротко были описаны выше, значительно превышают предельно допустимые концентрации для водоемов рыбохозяйственного назначения ПДКр.х. [4]. Превышение нормативов (в 10-50 раз [1-3]) наблюдается по таким показателям, как содержание нефтепродуктов, фенолов, взвешенных веществ, анионов (хлоридов, сульфатов, нитратов, нитритов), тяжелых и цветных металлов и др.
Требования к технологической воде, в том числе и для повторного использования после очистных сооружений, устанавливаются в каждом случае в зависимости от ее назначения, особенностей технологического процесса, в котором она используется, применяемого оборудования и т.п. Однако, в любом случае, то качество воды, с которым она выходит со стандартных очистных сооружений нефтеперерабатывающего предприятия, недостаточно для возврата этой воды в производство [1-3].
Повышение эффективности работы очистных сооружений промышленных стоков может быть достигнуто добавлением одной или нескольких стадий доочистки, усовершенствованием конструкции действующих аппаратов, изменением технологического процесса одной из стадий очистки на более эффективный. При реализации каждого из этих мероприятий у предприятий возникает ряд проблем, которые могут быть связаны, в том числе, с нехваткой площадей на территории очистных сооружений, например, при использовании адсорбционного метода доочистки на активных углях, со вторичным загрязнением очищаемой воды, например, при использовании
Проблемы рационального природопользования и экологический мониторинг 125
коагулянтов (солей кальция или алюминия), со значительными капитальными вложениями на реконструкцию очистных сооружений, увеличением эксплуатационных расходов и амортизационных отчислений. Выбор оптимального метода повышения эффективности очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий достаточно сложен. Он должен, несомненно, опираться на всесторонний технологический и экономический анализ существующей ситуации. Кроме того, всегда целесообразны предварительные лабораторные изыскания, позволяющие удостовериться, что в заданных условиях будет достигаться требуемое качество очистки.
Для глубокой доочистки биологически очищенных сточных вод от нефтепродуктов, фенолов, неорганических кислот, хлоридов, сульфатов, ароматических нитросоединений, тяжелых металлов и других загрязнений успешно применяется метод адсорбционной очистки. Эффективность адсорбционной очистки стоков достигает 80-95 % [5, 6]. Главным недостатком применения адсорбционной доочистки сточных вод нефтеперерабатывающего завода является необходимость устанавливать 45-50 параллельно работающих адсорбционных фильтров диаметром 3-4 м. Такая установка занимает площадь 800-1000 м2, причем располагаться она должна в помещении. Кроме того, возникают сложности по организации ее непрерывной работы, связанной с периодическим выводом фильтров на регенерацию.
Альтернативой адсорбционной очистки являются процессы микро- и ультрафильтрации [1-3]. Применение мембранных методов для доочистки больших объемов сточных вод имеет те же недостатки, как и адсорбционная доочистка - требуется очень много параллельно работающих аппаратов. Но совмещение биохимического метода очистки с мембранными процессами в мембранных биореакторах (МБР) и использование их для повышения эффективности работы аэротенков или для доочистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов является чрезвычайно перспективным направлением и в настоящее время активно развивается [7, 8].
Существует две основные технологии МБР: с погружными и напорными мембранами. В обеих технологиях используют ультрафильтрационные и микрофильтрационные мембраны с размером пор 0,02-0,4 мкм. МБР с погружными мембранами представляет погруженные в аэротенк или отдельный бак мембранные капилляры (полые волокна), через которые вода фильтруется под слабым вакуумом. Во втором процессе мембранная фильтрация осуществляется при циркуляции смеси ил - вода на трубчатых или капиллярных мембранах. Для циркуляции используют насосы или воздуходувки (эрлифтная технология). Погружная технология более стабильно работает при переменном составе сточных вод.
Прошедшая через мембраны вода (пермеат) практически не содержит взвешенных веществ и бактерий, так как мембрана является абсолютным барьером для частиц размером большим, чем поры мембраны.
126
СТРАТЕГИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РЕГИОНОВ РОССИИ
Мембранные биореакторы работают при больших концентрациях активного ила, чем аэротенки, что обеспечивает интенсивное биохимическое окисление органических соединений.
С нашей точки зрения, в условиях очистки стоков нефтеперерабатывающих заводов целесообразным является именно установка биомембранных модулей непосредственно в аэротенк, а не применение МБР как стадии доочистки. Значительное повышение эффективности при использовании биомембранной очистки позволяет отказаться от одной из ступеней биохимической очистки. Кроме того, в этом случае не нужны отстойники после аэротенка для отделения активного ила от очищенной воды. Это позволяет значительно снизить энергетические затраты на эксплуатацию очистных сооружений и освободить часть территории предприятия.
Получаемая вода имеет состав, позволяющий использовать ее для технологических целей и в полном объеме возвращать ее в производство, что является экономически выгодным для любого предприятия, также как и значительное уменьшение платы за сбросы загрязняющих веществ в природные водоемы.
Для оценки экономической целесообразности использования МБР в условиях очистных сооружений нефтеперерабатывающего предприятия нами был выполнен ориентировочный расчет ряда технико-экономических показателей стандартных очистных сооружений НПЗ, очистных сооружений, дополненных адсорбционной доочисткой и очистных сооружений с применением биомембранной технологии. Дополнение технологической схемы очистных сооружений стадией доочистки приводит к увеличению себестоимости очистки, более чем в два раза по сравнению со стандартной схемой, при применении МБР - в полтора раза. Требуемые единовременные затраты на организацию доочистки примерно на 30 % больше, чем на реконструкцию очистных сооружений для использования МБР. Срок окупаемости внедрения МБР составляет 4-5 лет, адсорбционной доочистки - в два раза больше.
Список литературы:
1. Когановский А.Н., Клименко Н.А., Левченко ТМ. и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. - М.: Химия. 1983. - 288 с.
2. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды: учебное пособие для вузов. - М.: Химия, 1989. - 512 с.
3. Кривошеин Д.А., Кукин П.П., Лапин В.Л. и др. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 2008. - 180 с.
4. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяй-
Проблемы рационального природопользования и экологический мониторинг 127
ственное значение. Утвержден приказом Государственного Комитета Российской Федерации по рыболовству от 28 апреля 1999 года № 96.
5. Соколов В.П. Адсорбционная очистка сточных вод нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности на активных углях. - М.: Строй-издат, 1992. - 422 с.
6. Когановский А.М. Адсорбционная очистка сточных вод. - М.: Высш. шк., 1981. - 235 с.
7. Швецов В.Н., Морозова К.М. Теоретические и технологические аспекты применения биомембранных технологий глубокой очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. - 2006. - № 12. - С. 12-14.
8. Степанов, А.С. Биомембранная и биосорбционно-мембранная очистка сточных вод нефтехимического производства // Известия КазГАСУ -2009. - № 1. - С. 226-228.
