Екологічний Союз
Механічна очистка стічних вод
При механічному очищенні стічних вод застосовують пісковловлювачі, резервуари-відстійники, нафтовиловики, ставки-відстійники, напірні порожнисті і поличкові відстійники.
Пісколівки
Пісколовки призначені виділення механічних домішок з розміром частинок понад 250 мкм. Необхідність попереднього виділення механічних домішок (піску, окалини та ін.) обумовлюється тим, що за відсутності пісковловлювачів ці домішки виділяються в інших очисних спорудах і тим самим ускладнюють експлуатацію останніх.
Принцип дії песколовки заснований на зміні швидкості руху важких твердих частинок в потоці рідини.
Пісколовки діляться на горизонтальні, в яких рідина рухається в горизонтальному напрямку, з прямолінійним або круговим рухом води, вертикальні, в яких рідина рухається вертикально вгору, і пісковловлювачі з гвинтовим (поступально-обертальним) рухом води. Останні залежно від способу створення гвинтового руху поділяються на тангенціальні та аеровані.
Найпростіша горизонтальна пісколовка - щілинна. Принцип її роботи заснований на тому, що пісок каналізаційної мережі просувається в основному в нижній частині колектора і при невеликому зменшенні швидкості потоку важкі частки провалюються вниз.
Горизонтальні пісколовки великої продуктивності складніші. Принцип роботи цих песколовок ідентичний. Горизонтальна пісколовка має прямокутну форму і складається з двох і більше секцій.
На вході в пісковловлювачі встановлені грати для затримання великих механічних домішок. Крім решіток на початку та наприкінці пісколовки розташовані дерев'яні шибери для рівномірного надходження води та відключення пісколовки. Днопісколовки виконано під кутом до центру споруди для збору і відкачування осаду, що випав.
При роботі песколовок на дні їх збираються механічні домішки, які потрібно періодично видаляти. З досвіду роботи нафтобаз слід, що горизонтальні пісколовки необхідно очищати не рідше одного разу на 2-3 добу, а щілинні - у міру накопичення осаду в муловій частині. Не можна допускати, щоб мулом була заповнена камера до днища лотка. При очищенні пісковловлювачів зазвичай застосовують переносний або стаціонарний гідроелеватор.
Статичні відстійники
Нафтотранспортні підприємства (нафтобази, нафтоперекачувальні станції) обладнують різними відстійниками для збирання та очищення води від нафти та нафтопродуктів. Для цієї мети зазвичай використовують стандартні сталеві або залізобетонні резервуари, які можуть працювати в режимі резервуара-накопичувача, резервуара-відстійника або буферного резервуару залежно від технологічної схеми очищення стічних вод.
Виходячи з технологічного процесу забруднені води нафтобаз і нафтоперекачувальних станцій нерівномірно надходять на очисні споруди. Для більш рівномірної подачі забруднених вод на очисні споруди служать буферні резервуари, які обладнають водорозподільними та нафтозбірними пристроями, трубами для подачі та випуску стічної води та нафти, рівнеміром, дихальною апаратурою тощо. Оскільки нафта у воді перебуває у трьох станах (легко-, трудноотделимая і розчинена), то, потрапивши в буферний резервуар, легко- і частково трудноотделимая нафту спливає поверхню води, другий випадок це значно повільніше. Для відділення дрібнодисперсної нафти при великій висоті резервуара необхідно витратити значний час (понад 48 год), тому таке відділення у буферних резервуарах непередбачається. У цих резервуарах відокремлюють до 90-95% легко відокремлених нафт. Для цього в схему очисних споруд встановлюють два і більше буферних резервуарів, які працюють періодично: заповнення, відстій, викачування.
Обсяг резервуара вибирають з розрахунку часу заповнення, викачування та відстою, причому час відстою приймають від 6 до 24 год. Таким чином, буферні резервуари (резервуари-відстійники) не тільки згладжують нерівномірність подачі стічних вод на очисні споруди, але й значно знижують концентрацію нафти воді. Великі переваги цього виду резервуарів – герметичність та можливість будівництва індустріальним методом, що призводить до різкого скорочення часу будівництва.
Відстоювання води у вертикальних резервуарах може протікати в динамічному та непроточному режимах.
При динамічному режимі заповнення та випорожнення резервуара відбуваються одночасно.
При статичному (непроточному) режимі резервуари працюють за трьома циклами: наповнення, відстоювання, спорожнення. Тому для відстоювання води число резервуарів має бути більше двох, а їх обсяг дещо більше, ніж обсяг резервуарів при динамічному режимі.
Резервуари повинні бути обладнані засобами автоматики, що здійснюють автоматичне перемикання резервуарів, що стежать за рівнем води в резервуарі і не допускають попадання нафти у трубопровід, що відводить.
Перед відкачуванням відстояної води з резервуара спочатку відводять нафту, що випливла, і осад, що випав, після чого відкачують освітлену воду. Для видалення осаду на дні резервуару влаштовують дренаж із перфорованих труб.
Відстоювання - найпростіший і найчастіше застосовуваний спосіб виділення зі стічних вод грубо дисперсних домішок, які під дією гравітаційної сили осідають на днівідстійника чи спливають з його поверхні.
Для додаткового очищення стічних вод часто використовують ставки додаткового відстою, що є водойми глибиною до 4 м і площею дзеркала води в залежності від пропускної здатності стічних вод. Зазвичай такі ставки мають кілька секцій, кожна з яких обладнана пристроєм для розосередженого введення та випуску води.
Ставки додаткового відстоювання мають такі істотні недоліки: необхідність великих територій, висока вартість, забруднення атмосфери нафтопродуктами, що випаровуються, вплив вітрового навантаження на ефективність очищення, труднощі при зборі нафти і осаду та ін.
Динамічні відстійники
Відмінна риса динамічних відстійників полягає у відділенні домішки, що знаходиться у воді, при русі рідини.
У динамічних відстійниках чи відстійниках безперервної дії рідина рухається у горизонтальному чи вертикальному напрямі, звідси і відстійники поділяються на вертикальні та горизонтальні.
Вертикальний відстійник являє собою циліндричний або квадратний (у плані) резервуар з конічним днищем для зручності збору і відкачування осаду, що осаджується. Рух води у вертикальному відстійнику відбувається знизу вгору (для частинок, що осаджуються).
Горизонтальний відстійник являє собою прямокутний резервуар (в плані) висотою 1,5-4 м, шириною 3-6 м і довжиною до 48 м. Осад, що випав на дні, спеціальними скребками пересувають до приямку, а з нього гідроелеватором, насосами або іншими пристроями видаляють з відстійника. Домішки, що випливають, виводять за допомогою скребків і поперечних лотків, встановлених на певному рівні.
Залежно від продукту, що уловлюється, горизонтальні відстійники діляться напісколовки, нафтовиловки, мазутоловки, бензолівки, жироловки і т.п.
У радіальних відстійниках круглої форми вода рухається від центру до периферії чи навпаки. Радіальні відстійники великої продуктивності, що застосовуються для очищення стічних вод мають діаметр до 100 м і глибину до 5 м.
Радіальні відстійники з центральним впуском стічної води мають підвищені швидкості впуску, що обумовлює менш ефективне використання значної частини об'єму відстійника по відношенню до радіальних відстійників з периферійним впуском стічних вод і відбором очищеної води в центрі.
Тонкошарові відстійники
Чим більша висота відстійника, тим більше необхідно часу для спливання частки на поверхні води. А це, у свою чергу, пов'язане із збільшенням довжини відстійника. Отже, інтенсифікувати процес відстоювання в нафтовик звичайних конструкцій складно. Зі збільшенням розмірів відстійників гідродинамічні характеристики відстоювання погіршуються. Чим тонший шар рідини, тим процес спливання (осідання) відбувається швидше за інших рівних умов. Це положення призвело до створення тонкошарових відстійників, які за конструкцією можна розділити на трубчасті та пластинчасті.
Трубчасті відстійники
Робочий елемент трубчастого відстійника - труба діаметром 2,5-5 см та довжиною близько 1 м. Довжина залежить від характеристики забруднення та гідродинамічних параметрів потоку. Застосовують трубчасті відстійники з малим (10º) та великим (до 60º) нахилом труб.
Відстійники з малим нахилом труби працюють за періодичним циклом: освітлення води та промивання трубок. Ці відстійники доцільно застосовувати для освітлення стічних вод із невеликою кількістю механічних домішок. Ефективність освітлення становить 80-85%.
В крутопохилих трубчастих відстійниках розташування трубок призводить до сповзання осаду вниз трубками, і у зв'язку з цим відпадає необхідність їх промивання.
Тривалість роботи відстійників практично не залежить від діаметра трубок, але зростає зі збільшенням їхньої довжини.
Стандартні трубчасті блоки виготовляють із полівінілового або полістирольного пластику. Зазвичай застосовують блоки довжиною близько 3 м, шириною 0,75 м та висотою 0,5 м. Розмір трубчастого елемента в поперечному перерізі становить 5х5 см. Конструкції цих блоків дозволяють монтувати з них секції на будь-яку продуктивність; секції чи окремі блоки легко можна встановлювати у вертикальних чи горизонтальних відстійниках.
Пластинчасті відстійники
Пластинчасті відстійники складаються з ряду паралельно встановлених пластин, між якими рухається рідина. Залежно від напрямку руху води і осаду, що випав (виплив), відстійники діляться на прямоточні, в яких напрямки руху води і осаду збігаються; протиточні, у яких вода та осад рухаються назустріч один одному; перехресні, у яких вода рухається перпендикулярно напрямку руху осаду. Найбільшого поширення набули пластинчасті протиточні відстійники.
Ефективність освітлення води у пластинчастих відстійниках підвищується із зменшенням їхньої висоти.
Переваги трубчастих і пластинчастих відстійників - їх економічність внаслідок невеликого будівельного об'єму, можливість застосування пластмас, які легші за метал і не кородують в агресивних середовищах.
Загальний недолік тонкошарових відстійників - необхідність створення ємності для попереднього відділення нафтових частинок, що легко відокремлюються, і великих згустків нафти, окалини, піску та ін. Згустки мають нульовуплавучість, їх діаметр може досягати 10-15 см при глибині кілька сантиметрів. Такі згустки дуже швидко виводять з ладу тонкошарові відстійники. Якщо частина пластин або труб буде забита подібними згустками, то в решті підвищиться витрата рідини. Таке становище призведе до погіршення роботи відстійника.
У ГАНГ ім. І.М. Губкіна на кафедрі транспорту та зберігання нафти та газу було розроблено установку з очищення стічних вод, в якій було враховано недоліки старих нафтовишок. До нової установки пред'явлено такі вимоги: висока якість очищення стічних вод від нафтопродуктів; індустріалізація будівництва; мінімальна зайнята площа під очисні споруди; мінімальні експлуатаційні витрати.
Цим вимогам відповідає багатоступінчасте встановлення з очисними пристроями різних конструкцій. Установка призначена для відділення легко-і важковидільних нафтових частинок. Для доведення вмісту нафти у воді менше 1 мг/л стічні води слід пропускати через інші установки, призначені для більш глибокого очищення.
Для відділення нафти, що виділилася з води використовують буферну ємність, швидкість руху води в якій в кілька разів менше, ніж швидкість води в трубопроводі, що підводить. Ця буферна ємність відрізняється від усіх попередніх не тільки габаритами, а й наявністю герметичного даху, всередині якого розташований короткий трубопровід з різьбленням для накручування «склянки». Дах розташований набагато нижче рівня рідини в установці. За допомогою склянки, що нагвинчується, рівень рідини у вертикальному трубопроводі встановлюється трохи нижче верхньої утворює склянки. Таким чином, рівень води у вертикальному трубопроводі розташований нижче за верхню точку трубопроводу.
Буферна ємність з'єднана з другимочисною спорудою – товстошаровим відстійником. На відміну від тонкошарового відстійника, у цього відстійника висота визначається кількома десятками сантиметрів. Товстошаровий відстійник призначений для відділення великодисперсних нафтових частинок, а також великих згустків нафти та механічних домішок. Він являє собою круглий або прямокутний трубопровід, що починається біля буферної ємності і закінчується нижче за рівень рідини в установці.
Прямоточний відстійник може працювати в горизонтальній та похилій площинах. У першому випадку для монтажу потрібно дуже мало місця, але практично вийде нафтовик із вставними елементами. У другому випадку він перетворюється на напірний відстійник, який найдешевший, простий в експлуатації, легко піддається автоматизації.
Одночасно з вивченням впливу швидкості потоку на ступінь очищення розглядали вплив кута нахилу відстійника на процес поділу. При проведенні експериментів кут нахилу відстійника змінювали від 0º до 25º. Результати експериментів показали, що найбільш ефективно процес поділу відбувається при куті нахилу відстійника 10 º.