Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и

Рис. 36. Схема биохимической очистки сточных вод с регенерацией активного ила:

/ — усреднительные емкости; 2 — накопитель хозяйственно-бытовых сточных вод; 3 — сме­ сительная камера; 4 — аэротенк; 5 — вторичный отстойник; 6 — регенератор активного нла;

теперерабатывающих заводов используют двухступенчатую очи­ стку, эффективность которой на 10—15% выше, чем одноступен­ чатой. При этом степень очистки от нефтепродуктов составля­ ет 71—91%, фенолов — 99—100%.

В промышленности для биохимической очистки сточных вод

естественных условиях на полях фильтрации, орошения и в био­ логических прудах, так и в искусственно созданных условиях в аэротенках и на биофильтрах.

Аэротенки — емкостные проточные сооружения со свободно плавающим в объеме обрабатываемой воды активным илом, применяемые для аэробной биохимической очистки больших количеств сточных вод. Главное условие эффективности биоло­

фильтросные каналы, закрытые пористыми пластинами, обеспе­ чивающими мелкопузырчатую (размер пузырьков 1—4 мм) аэрацию смеси в аэротенке. Длительность нахождения в аэро­ тенке 6—12 ч. Из аэротенков смесь обработанной сточной во­ ды и активного ила поступает во вторичный отстойник, где ак­

тивный ил оседает на дно отстойника, а затем с помощью спе­ циальных устройств (илососов) отводится в резервуар. Так как в процессе биологического окисления происходит прирост био­ массы активного ила, то избыток ее выводят из системы и на­ правляют на иловые площадки и сооружения по обработке осадка.

ную мощность, зависящую от природы разлагаемых органичес­ ких веществ. Например, при очистке от спиртов и органических кислот, бензола (а также от анилина, формальдегида), фенола опытная окислительная мощность -аэротенка составляет соот­ ветственно 720—1200, 400—1400, 600—700, 2000 г 0 2/(м3-сут) при дозе активного ила 3 кг/м3.

Для увеличения окислительной мощности аэротенка можно использовать кислород вместо воздуха. Часть установки, в том числе окситенки, герметизируют, а очищенную воду отделяют от активного ила в открытом резервуаре. Окислительная мощ­ ность окситенков в 5—6 раз выше, чем аэротенков, а капиталь­ ные затраты в 1,5—2 раза ниже. Их целесообразно применять на предприятиях, имеющих кислородную станцию, когда кисло­ род используют не только для очистки сточных вод, но и для других нужд. Окситенк конструкции ВНИИВОДГЕО обеспечи­

ботанном БашНИИНП (технический проект Ленгипронефтехима), устранено продольное перемешивание очищаемых вод и использован противоток воздуха или кислорода и иловой смеси.

на неподвижном материале, а сточная вода обтекает его тонким пленочным слоем. Эти фильтры обеспечивают достаточно глу­ бокую биологическую очистку промышленных сточных вод с высоким содержанием биоразлагаемых органических веществ.

Рис. 37. Схема биохимической очистки сточных вод с использованием био­ фильтра и иловой площадкой:

размером отдельных фракций 15—80 мм, плоскостной — из пла­ стмасс, керамики, металла, тканей. В нефтеперерабатывающей промышленности получили распространение капельные био­ фильтры, в которых в качестве фильтрующего материала ис­ пользуют шлак, кокс, щебень, антрацит и другие водоустойчи­ вые материалы. Обмен воздуха в биофильтре происходит путем естественной вентиляции при высоте загрузки 1,5—2 м и при­ нудительной вентиляции при высоте загрузки 2 м. Схема биохи­ мической очистки сточных вод с применением биофильтра при­ ведена на рис. 37.

Не растворимые в воде загрязнения образуют на поверхнос­ ти биофильтра (загрузочного материала) биологическую плен­

анаэробные условия, образуются органические кислоты (и газы СН4, H2S), pH снижается и клетки частично отмирают. Очи­ щенную в биофильтре воду хлорируют и направляют во вторич­ ный отстойник, где отмершая пленка задерживается.

В фильтр вводят биогенные элементы в виде солей азота и фосфора и по мере образования биопленки постепенно добав­ ляют сточные воды для увеличения концентрации загрязнений. Период адаптации микроорганизмов длится две-четыре недели.

ва, смолы и нерастворимые масла должны отсутствовать.

тенсификации работы комплексов очистных сооружений и их реконструкции. В этом случае степень очистки в биофильтрах с плоскостной загрузкой составляет 50—70%, производитель­ ность их — 5— 10 кг ВПК на 1 м3 сточных вод в сутки.

Фирмой «Дюпон» (Канада) для производства полупродук­ тов получения найлона — адипиновой кислоты и гексаметилендиамина— разработан новый процесс очистки концентрирован­ ных сточных вод, богатых азотсодержащими соединениями, пу­ тем биологической нитрификации — денитрификации. В разра­

ботанном процессе предусматривается сочетание аэробного и анаэробного окисления. Нитрификация протекает в аэробных условиях в присутствии диоксида углерода, причем аминный и аммиачный азот биоокисляется до нитритов и нитратов. Денит­ рификация протекает в анаэробных условиях в среде биораз­ лагаемого продукта (обычно метанола). При этом нитраты вос­ станавливаются до нитритов и в конечном счете до газообраз­ ного азота. Поступающие на очистку стоки имеют следующую характеристику: содержание общего органического углерода—: 3000 мг/л; N 02“, NO_3, NH4+ в пересчете на азот соответ­ ственно 800, 90 и 230 мг/л; органического азота в пересчете на азот — 240 мг/л, ВПК — 6000 мг/л. Процесс позволяет удалять 98% органических веществ и 80—90% общего азота сточных вод.

В последние годы ведутся исследования по биологической очистке морских вод от нефтепродуктов с использованием угле­

водородоокисляющих микроорганизмов, обнаруженных в раз­ личных районах Мирового океана.

В анаэробных условиях биологически перерабатываются

твердые, полужидкие вещества и осадки; сбраживаются осадки первичных отстойников и избыточного активного ила аэробных биологических систем очистки бытовых вод и их смесей с неко­ торыми промышленными сточными водами. Основное преиму­ щество анаэробного сбраживания — минимальное образование биологически активных твердых веществ. Из перерабатывае­ мых органических веществ только жиры, белки и углеводы обеспечивают выход газа при анаэробной переработке. Образу­ ющиеся при сбраживании летучие органические кислоты под действием метановых бактерий перерабатываются в’ метан, во­ ду и биологически активное твердое вещество.

Метантенки— сооружения для анаэробного сбраживания,

работающие по принципу реакторов с полным перемешиванием. Типовые метантенки имеют полезный объем одного резервуара 1000—8000 м3. Условно этот объем можно разделить на четыре части, выполняющие разные функции: для образования плаваю­ щей корки, для иловой воды, для собственно сбраживания, для уплотнения и дополнительной стабилизации осадка при хране­ нии (до 60 сут). Метантенки и газгольдеры для сбора выделя­ ющихся газов (около 65% метана и 33% оксида углерода) —

ний органического происхождения, биогенных элементов (азот и фосфор), бактериальных загрязнений, затрудняющих повторное использование сточных вод в системах оборотного водообеспечения. Для глубокой очистки используют фильтры различных конструкций. При начальных концентрациях взвешенных ве­ ществ и БПК 15—25 мг/л, эффективность очистки по взвешен­ ным веществам составляет 75—90%, а по БПК — до 3—5 мг/л. Биологически иеокисляемые загрязнения можно удалять из сточных вод с помощью сорбционных и ионообменных устано­ вок.

Соединения фосфора из сточных вод извлекают с помощью коагуляции. Соединения азота удаляют методами отдувки, ион­ ного обмена, электролиза, химическим или биологическим спо­ собом. Трехстадийная схема удаления соединений азота вклю­ чает процессы аэрации, нитрификации и денитрификации. В результате глубокой очистки содержание биогенных элемен­ тов снижается на 98—99%.

Для уничтожения содержащихся в очищенных сточных водах болезнетворных бактерий, вирусов, микроорганизмов в сточные воды вводят соединения хлора или других сильных окислителей (озон).

Если воды сбрасывают в водоем, то для достижения содер­ жания растворенного в них кислорода не менее 6 мг/л допол­ нительно осуществляют аэрацию воздухом.

2.6.3. Мембранные методы очистки сточных вод

Существуют следующие мембранные методы: микрофильтра­ ция — процесс разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления; ультрафильтрация — разделение жидких смесей под действием давления; обратный осмос — разделение жидких растворов путем проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного к раствору давления, превышающего его осмотическое давление; диализ — разделение в результате различия скоростей диффузии веществ через мембрану, проходящее при наличии градиента концент­ рации; электродиализ — процесс прохождения ионов растворен­ ного вещества через мембрану под действием электрического поля.

Ультрафильтрацию и обратный осмос применяют в системах локальной обработки сточных вод при небольших их расходах для концентрирования и выделения относительно ценных ком­ понентов и очистки воды.

Процессы мембранного разделения с использованием обрат­ ноосмотических мембран однотипны. Исходную разделяемую жидкость насосом под давлением прокачивают с определенной скоростью над рабочим слоем мембраны. Вода и часть раство­ ренных в ней веществ проталкиваются сквозь поры мембраны и отводятся в виде фильтрата. Молекулы, их ассоциаты и части­ цы жидкой смеси, имеющие больший размер, чем размеры пор мембраны, задерживаются, концентрируются в остатке жидкой смеси и образуют второй продукт процесса — концентрат. Кон­ центрат циркулирует непрерывно до получения требуемой или допустимой степени обезвоживания задержанных мембраной веществ. Процесс осуществляют при давлении 1,4—5 МПа и скорости потока жидкой среды над мембраной 0,2—0,3 м/с. Установки обратного осмоса компактнее дистилляционных и электродиализных, просты и удобны в эксплуатации.

Материалы мембран для обратного осмоса разнообразны. Широко применяют ацетатцеллюлозные мембраны в виде плос­ ких пленок и полиамидные мембраны в виде полых волокон. Требования, предъявляемые к мембранам для обратного осмо­ са,— высокие проницаемость и селективность, а также способ­ ность противостоять значительной разности давлений (по обеим сторонам мембраны).

За рубежом на основе ароматических хлорангидридов и аро­ матических аминов разработана мембрана с ультратонким (око­ ло 200 нм) слоем, которая характеризуется высокой водопрони­ цаемостью (1 м3/м2-сут) при рабочем давлении 1,5 МПа и сте­ пени очистки от солей 99,5%. Такое давление при обратном ос­ мосе по сравнению с обычным (примерно 5 МПа) открывает принципиально новые возможности для его применения при во­ доподготовке и разделении водоорганических и органических смесей.

Существенное преимущество обратного осмоса перед други­ ми методами очистки сточных вод — одновременная очистка от неорганических примесей, что особенно важно в системах обо­ ротного водоснабжения. Обеспечивается возможность получе­ ния наиболее чистой воды, так как мембраны могут задержи­ вать практически все растворенные вещества и взвеси мине­ рального и органического характера, в том числе бактерии, микробы и другие микроформы.

Во ВНИИнефтехиме на основе лабораторных и пилотных испытаний по обессоливанию сточных вод нефтехимических комбинатов разработана технологическая схема промышленной станции производительностью примерно 7 млн. м3/год очищае­ мой воды, которая позволяет создать бессточную систему обо­ ротного водоснабжения (рис. 39).

Сточную воду после биохимической очистки с суммарным содержанием солей 500—1500 мг/л и ХПК до 70 мг/л подают на фильтр механической очистки, после которого насосами (давление 4,5 МПа) транспортируют на первую ступень стан-

мой и в дальнейшем в общем потоке воды может быть направ­ лена на обессоливание.

Сопоставление технико-экономических показателей обратно­ го осмоса обессоливания сточных вод (принят годовой срок службы мембран) и ионного обмена (состав примесей в воде в обоих случаях одинаков) показало, что затраты при обратном осмосе в 2,2 раза меньше, чем при ионном обмене. Мембран­ ная технология — одно из приоритетных направлений научнотехнического прогресса, так как позволяет создать ресурсосбе­ регающие и безотходные технологические процессы, решить эко­ логические задачи.

2.6.4. Обезвреживание солесодержащих сточных вод

Обезвреживание солесодержащих сточных вод, количество ко­ торых на нефтеперерабатывающих и нефтехимических пред­ приятиях составляет 5—10%, вызывает наибольшие техничес­ кие и экономические трудности. Электродиализ, обратный ос­ мос, ионный обмен пока применяют только для извлечения от­ дельных видов специфических загрязнений и глубокой доочист­ ки сточных вод с умеренным содержанием солей. Упаривание под вакуумом используют в основном для опреснения морской воды. При обессоливании сточных вод оборудование работает в более тяжелых условиях, чем при опреснении морской воды, так как упаривание надо доводить до 90—95% по сравнению с 40—50% при опреснении морской воды. Обезвреживание сточ­ ных вод проводят в два этапа: на первом их упаривают под ва­ куумом до концентрации солей около 30 г/л (кратность упари­ вания примерно 12), на второй упаривают рассол с помощью аппаратов погружного горения до концентрации 250 г/л. После, этого рассол обезвоживают в аппаратах кипящего слоя до оста­ точной влажности 2%. Водные конденсаты используют для под­ питки котлов ТЭЦ, соли подвергают захоронению.

При термическом опреснении стоков усиливается коррозия оборудования. При температуре выше 100 °С хлориды магния и кальция гидролизуются с выделением соляной кислоты, кото­ рая не только повышает растворимость карбонатов, бикарбона­ тов и гидроксидов, но и оказывает коррозионное воздействие на аппаратуру. При упаривании под вакуумом конструкционные материалы работают в менее жестких условиях, но металлоем­ кость и энергозатраты выше. Обезвреживание солесодержащих сточных вод позволяет исключить сброс сточных вод.

На предприятиях, где отсутствует упаривание сточных вод, их отводят на поля испарения или закачивают в подземные го­ ризонты.

2.6.5. Сгущение и обезвоживание осадков сточных вод

При очистке сточных вод возникает проблема ликвидации осад­ ков— шламов механической и физико-химической очистки, а также избыточного активного ила. Предварительно ил уплот-