Нефтеловушка для очистки сточных вод от нефтепродуктов

На рис. 7 приведены схемы трубчатых тонкослойных отстойников.

Рабочим элементом трубчатого отстойника является трубка диаметром 2,5—5 см, длиной 60—100 см. Возможно применение трубок квадратного, шестиугольного, ромбовидного сечения и др. В настоящее время за рубежом эти отстойники изготавливают в виде стандартных блоков из полихлорвинилового или полистирольного пластика. Обычно применяют блоки длиной около 3 м, шириной 0,75 м и высотой около 0,5 м. Размер трубчатого элемента в поперечном сечении составляет 55 см. Указанная конструкция позволяет легко монтировать блоки в существующих отстойниках вертикального, горизонтального или радиального типов.

Пластинчатые тонкослойные отстойники состоят из ряда параллельно установленных наклонных пластин. Вода в отстойнике движется параллельно пластинам. Взвешенные частицы осаждаются на пластины и сползают в сборник шлама. В зависимости от схемы движения в отстойнике осветляемой воды выпавшего осадка выделяют три типа отстойников:

1) прямоточные, в которых направления движения воды и осадка со впадают;

2) противоточные, в которых вода и осадок движутся на встречу;

3) перекрестные, где вода движется перпендикулярно направлению движения осадка.

Следует отметить, что широкое распространение получили противоточные отстойники, как наиболее производительные.

Отстойники с аэрацией (осветлители) применяются для интенсификации процесса первичного отстаивания на станциях биологической очистки при повышенном содержании в сточных водах труднооседающих веществ. В осветлителях достигается снижение концентрации загрязнений на 70 % по взвешенным веществам и до 15 % по БПК за счет совмещения процессов осаждения, хлопьеобразования и фильтрации сточной воды через слой взвешенного осадка. В отечественной практике применяется осветлитель с естественной аэрацией, представляющий собой вертикальный отстойник с внутренней камерой флокуляции. Поток сточной воды, поступающий через центральную трубу в камеру флокуляции, эжектирует воздух вследствие разницы уровней воды в подающем лотке и осветлителе. Из камеры флокуляции, где происходит частичное окисление органических веществ, усиленное хлопьеобразование и сорбция загрязнений, сточная вода направляется в отстойную зону, в которой при прохождении через слой взвешенного осадка задерживаются мелкодисперсные взвешенные частицы. Осветленная вода отводится через круговой периферийный лоток. Плавающие вещества задерживаются внутренней стенкой сборного лотка и по мере накопления сбрасываются через специальный кольцевой лоток. Выпавший осадок удаляется под гидростатическим напором [3].

2.3. Нефтеловушка

Для очистки сточных вод, содержащих нефть, при концентрации более 100 мг/л применяют нефтеловушки. Нефтеловушки представляют собой прямоугольные резервуары, в которых нефть и вода разделяются из-за разности плотностей, причем нефть всплывает на поверхность, собирается и утилизируется. Проектируются горизонтальные, многоярусные (тонкослойные) и радиальные нефтеловушки.

Горизонтальная нефтеловушка (рис. 8), представляет собой отстойник, разделенный перегородками на параллельные секции. Сточная вода из отдельно расположенной распределительной камеры по самостоятельным трубопроводам поступает через щелевую перегородку в каждую секцию нефтеловушки. Освобожденная от нефти вода в конце секции проходит под затопленной нефтеудерживающей стенкой, через водослив переливается в отводящий лоток. Для снижения вязкости нефти в зимнее время предусматривается обогрев поверхности жидкости (змеевиком). Всплывшая нефть по мере накопления сгоняется скребковым транспортером к щелевым поворотным трубам и выводится по ним из нефтеловушки. Осадок, выпадающий на дно, тем же транспортером сгребается к приямку, откуда его периодически удаляют через донные клапаны или гидроэлеваторами [3].

Эффективность нефтеловушек зависит также от надежности работы шламоудаляющих устройств. Чтобы избежать аварийных ситуаций (разрыв цепей и выход из строя скребковых транспортеров), иногда для перемещения плавающих нефтепродуктов к поворотным трубам используют воздух. Однако в этом случае требуется периодическое выключение и опорожнение секций для очистки от выпавшего осадка. Период и очередность вынужденных отключений секции определяются в процессе эксплуатации.

Одним из недостатков существующих конструкций нефтеловушек является то, что распределительные устройства в виде щелевых перегородок, как правило, изготовлены из железобетона и жестко соединены со стенками. Это значительно усложняет их регулировку при наладочных работах. Для более равномерного распределения рабочего потока по сечению в начале секции устанавливают дополнительную дырчатую перегородку с отверстиями диаметром 20—30 мм, равномерно распределенными по площади перегородки. Число отверстий определяют из их общей площади, равной 6—8 % площади поперечного сечения секции. Перегородка может быть выполнена из легких пленочных материалов, например, полиэтилена, лавсана, капрона и т.д. Обязательным условием применимости материалов для изготовления перегородки является их устойчивость к нефти.

Дырчатые перегородки, выполненные из пленочного материала, располагают в четырех сечениях секции между верхними и нижними скребками (рис. 1). Верхний край перегородки крепят на отрезке трубы, свободно устанавливаемой на кронштейнах, прикрепляемых к стенкам секции. Нижний край перегородки крепят к другому отрезку трубы, служащему только для натяжения пленки. Для предупреждения засорения гидроэлеватора крупными загрязнениями необходимо в начале сооружения установить решетку с зазорами между прутьями 8—10 мм.

Нефтеловушки емкостного типа, используемые на предварительных стадиях разделения суспензий, эмульсий и обработки сточных вод, громоздки и малоэффективны. Требуемое время пребывания жидкостей при очистке от тонкодисперсных взвесей и эмульгированных нефтепродуктов достигает нескольких часов, что приводит к неоправданному увеличению габаритов очистных сооружений.

Степень очистки от взвесей и нефтепродуктов в емкостных нефтеловушках составляет, как правило, не более 50%. Низкая эффективность очистки сточных вод объясняется несовершенством конструкций, в которых не удается избежать турбулентного перемешивания вследствие конвекционных и плотностных потоков, возникающих из-за температурных перепадов или неравномерного распределения концентрации примесей в объеме очистных сооружений.

Недостатки впускных устройств, распределяющих поток по сечению, не позволяет полностью реализовать объем нефтеловушек. Горизонтальная скорость потоков оказывается выше расчетной, следовательно, реальное время пребывания воды на очистных сооружениях может оказаться в 2-3 раза меньше проектного.

Несовершенство горизонтальных емкостных отстойников, имеющих значительную глубину, в которых частицы проходят вертикальный путь, равный глубине отстойника, могут быть существенно снижены на очистных сооружениях с тонкослойным потоком осветляемой воды. Уменьшение высоты слоя отстаивания позволяет сократить время выделения взвешенных веществ из сточных вод, уменьшить перемешивание потока жидкости, вызванное конвекционными токами.

Принцип тонкослойного отстаивания используется при проектировании многоярусных полочных отстойников-нефтеловушек. Их рабочий объем разделен по высоте наклонными пластинами на ряд зон отстаивания. Отстаивание загрязнений в тонких слоях потока жидкости протекает быстро, поскольку путь движения осаждающихся частиц в 10-50 раз короче, чем в емкостных отстойниках. Тонкослойные отстойники являются значительно более компактными очистными сооружениями, требующими меньшей площади размещения. Преимуществом данных очистных сооружений является также то, что введение параллельных пластин в сечение отстойника позволяет равномерно распределить поток воды в начале отстойной части и сохранить это распределение по длине. Поэтому в многоярусных отстойниках-нефтеловушках коэффициент использования объема гораздо выше, чем в обычных.

Основные характеристики тонкослойного отстойника-нефтеловушки (рис. 9): отстойник делится наклонными пластинами на ярусы глубиной 45-110 мм; наклон пластин в 45-60° к горизонту обеспечивает сползание осадка из ярусов в осадкоуплотнитель, а нефтепродуктов на поверхность воды. Устройство ярусов в нефтеловушке одновременно с уменьшением ее объема обеспечивает стабильность потока жидкости и нивелирует возникновения плотностных и температурных течений.

Сравнительные испытания емкостной и тонкослойной нефтеловушек одного объема с концентрацией нефтепродуктов на входе 100 мг/л показали, что концентрация на выходе из многоярусного очистного сооружения достигает 10-15 мг/л, а из нефтеловушки обычной конструкции - 43-50 мг/л. Следовательно, применение тонкослойных отстойников взамен емкостных позволяет повысить эффективность предварительной очистки сточных вод от нефтепродуктов с 55% до 85%.

Рис.9. Схема многоярусного отстойника нефтеловушки

В тонкослойных отстойниках и нефтеловушках в зависимости от конструкции возможно осуществить несколько различных схем движения потока жидкости и взвешенных веществ:

- прямоточная, когда поток жидкости и выделяемые из него частицы имеют одно направление;

- противоточная, когда отделяемые частицы движутся против потока жидкости;

- перекрестноточная, когда отделяемые частицы движутся поперек движения потока жидкости;

Тонкослойный отстойник представленный на рис. 9, является прямоточным по извлекаемым нефтепродуктам и противоточным по оседающим взвешенным веществам. Конструкция тонкослойного отстойника-нефтеловушки с противоточным движением выделенной нефти и потока жидкости представлена на рис. 10.

Это прямоугольная емкость, разделенная перегородкой 9 на две секции. Над перегородкой расположены блоки из параллельных пластин 3. Шарнирное соединение 7 блока с перегородкой позволяет изменять угол наклона блока для подбора оптимального значение, при котором не происходит зашламление ярусов. Сточная вод поступает в первую секцию отстойника-нефтеловушки через заглубленный трубопровод 2 с насадками 5. При этом из потока выделяется крупнодисперсная нефть. Мелкодисперсная нефть, на задержание которой рассчитана нефтеловушка, выделяется при прохождении рабочего потока через блок с параллельными пластинами 3. Задержанная в ярусах нефть движется против основного потока, выходит из блока и всплывает в первой секции. Рабочий поток, выйдя из блока, поднимается вверх и, переливаясь через водослив в лоток 6 для приема очищенной воды, отводится из очистного сооружения.

Рис. 10. Схема многоярусного отстойника-нефтеловушки с противоточным движением воды и выделенной нефти: 1 - гидроэлеватор для удаления осадка; 2 - заглубленный трубопровод для подачи загрязненной жидкости; 3 - параллельные пластины; 4 - скребковый транспортер; 5 - насадки; 6 - лоток для приема очищенной жидкости; 7 – шарнирное соединение; 8 – нефтесборная труба; 9 – перегородка.

Рис. 11. Схема многоярусного отстойника-нефтеловушки конструкции института «Гипровостокнефть»: 1 - патрубок ввода сточной воды; 2, 8, 10 - перегородки; 3 - пластина; 4 - штуцер для выпуска воздуха; 5 - предохранительный клапан; 6 - нефтесборник; 7 - штуцер для выпуска уловленных нефтепродуктов; 9 - штуцер вакуум-клапана; 11 - штуцер для вывода осветленной воды; 12 - труба для смыва осадка; 13 - штуцер для вывода шлама.

Представленная выше конструкция отстойника-нефтеловушки работает как противоточная для задержания нефтепродуктов и как прямоточная для задержания взвешенных веществ. Осадок, выделенный в первой и второй секциях нефтеловушки, скребковым транспортером 4 сгребается в соответствующие приямки, откуда гидроэлеваторами 1 откачивается на очистные сооружения для последующей обработки. Нефтепродукты, накопившиеся на поверхности, извлекаются из нефтеловушки через трубу 8.

В институте «Гипровостокнефть» были спроектированы многоярусные тонкослойные отстойники для очистки сточных вод емкостью 100 м. В поперечном сечении отстойники разделены перегородкой на две последовательно работающие камеры. В первой камере при движении воды сверху вниз выделяется основное количество нефтепродуктов и твердых частиц. Во второй камере происходит доочистка воды. В качестве полок применяются листы пластика, установленные под углом 45° к горизонту. Удаление уловленных нефтепродуктов автоматизировано. Осадок из отстойника удаляется периодически путем открытия ручной задвижки.

Конструктивная схема многоярусного отстойника-нефтеловушки с перекрестным движением рабочего потока жидкости и выделенного осадка, разработанная и рекомендуемая НИИ ВОДГЕО, изображена на рис. 11.

Нефтеловушка изготовлена из железобетонного резервуара 12 прямоугольной формы. Отличительной особенностью является наличие двух зон отстаивания 3 и 5, имеющих самостоятельные приямки 1 для осадка. Сточная вода подается в первую зону грубой очистки 3 точно так же, как и в обычной емкостной нефтеловушке. В этой зоне из воды выделяются крупные капли нефти и песок. Наличие этой зоны позволяет отказаться от применения песколовок на очистных сооружениях. После извлечения крупнодисперсных загрязнений, поток воды поступает в вертикальный канал пропорционального водораспределительного устройства, служащего для распределения воды по сечению второй зоны. Водораспределительное устройство 4 расположено между первым и вторым приямками. Распределенный по сечению второй зоны поток жидкости поступает в пространство, разделенное параллельными пластинами на ярусы 6. Пластины объединены в блоки 7. Расстояние между блоками и распределительным устройством должно обеспечивать проход скребка.