Очистка нефтесодержащих сточных вод

Среди существующих методов разделения нефтешламов с целью утилизации, центрифугирования, экстракции, гравитационного уплотнения, вакуумфильтрации, фильтрпрессования, замораживания и др. - наиболее перспективным является центрифугирование с использованием флокулянтов. Центрифугированием можно достичь эффекта извлечения нефтепродуктов на 85%, мехпримесей - на 95%. При реагентной обработке нефтешламов изменяются их свойства: повышается водоотдача, облегчается выделение нефтепродуктов

Биологическая флотация. Этот метод применяют для уплотнения осадка из первичных отстойников при очистке бытовых сточных вод. Для этой цели осадок подогревают паром в специальной емкости до 35-- 55 °С и при этих условиях выдерживают несколько суток. В результате деятельности микроорганизмов выделяются пузырьки газов, которые уносят частицы осадка в пенный слой, где они уплотняются и обезвоживаются. Таким путем за 5--6 сут. влажность осадка можно понизить до 80% и тем самым упростить дальнейшую обработку осадков. Разрабатываются методы флотационного уплотнения активного ила.

Насыщение осадков, имеющих большую влажность, пузырьками газа для проведения флотационного уплотнения возможно не только биологическим путем, но и другими рассмотренными выше более эффективными методами.

Также элементы биохимической очистки (фильтрпрессование, центрифугирование с использованием флокулянтов и др.) входят в выше перечисленные методы, исходя из этого там они описаны более подробно.

1.5 Термическая очистка

Сжигание в открытых амбарах, печах различных типов, получение битуминозных остатков.

1.6 Электрохимические методы очистки

Электролизеры. Устройства, в которых проводят те или иные процессы электрохимического воздействия на водные растворы, имеют общее название -- электролизеры.

В зависимости от природы процессов. Протекающих в таких аппаратах и обеспечивающих извлечение или обезвреживание загрязняющих компонентов, электролизёры разделяют на следующие типы: элетрофлотаторы, электрокоагуляторы, электролизёры для проведения реакций окисления и восстановления и электродиализаторы.

Электрофлотационные установки. В электрофлотационных установках для проведения процесса флотации используют газообразные продукты - водород и кислород, выделяющиеся на электродах при электролизе обрабатываемой воды. На катоде происходит разряд молекул воды с образованием водорода. На аноде процесс окисления сопровождается выделением кислорода.

Электролитическое диспергирование газа обеспечивает также получение наиболее высокодисперсной газовой фазы, что позволяет использовать электрофлотаторы для очистки воды от устойчивых коллоидных загрязнителей.

Электрофлотационные установки разделяют по направлению движения воды и флотирующих газов в них на противоточные прямоточные с горизонтальным или вертикальным расположением электродов. Электрофлотационые аппараты имеют одну или несколько камер. Электроды выполняют в виде пластин, однако чаще применяют их в виде проволочной сетки из меди или нержавеющей стали. Размер пузырьков газа, покидающих электроды, зависит от величины краевого угла смачивания и кривизны поверхности электродов, поэтому, изменяя диаметр проволоки, удается регулировать дисперсность газовой фазы. Оптимального распределения по размерам газовых пузырьков, а также газонаполнения .достигают варьированием плотности тока на электродах.

Установки для электрокоагуляции. Стандартные, или типовые, конструкции аппаратов для электрокоагуляции отсутствуют. Существуют, однако, определенно сложившиеся схемы конструктивного оформления электрокоагуляторов.

Электрокоагулятор обычно представляет собой корпус прямоугольной или цилиндрической формы, в который помещают электродную систему -- ряд электродов. Обрабатываемая вода протекает между электродами. По форме и расположению электродов электрокоагуляторы разделяют на аппараты с плоскими и цилиндрическими электродами, расположенными обычно вертикально, хотя известны конструкции и с горизонтальными плоскими электродами. Предпочтительно вертикальное положение электродов, что объясняется большей жесткостью .конструкции и неизменностью размеров электродной системы, а также лучшими условиями удаления выделяющихся газов и протекания процесса флотации.

В зависимости от характера движении обрабатываемой воды электрокоагулнторы можно разделить, на однопоточные, многопоточные с горизонтальным или вертикальным движением воды.

При вертикальном направлении движения воды электрокоагуляторы могут быть противоточные (подача воды сверху, т.е. и исправлении, противоположном движению пузырьков газа, которые обеспечивают флотацию) и прямоточные (подача воды снизу).

При очистке сточных вод, содержащих вредные или опасные вещества, элсктрокоагулятор должен иметь герметичный корпус, в который можно подавать инертный газ, снабжен вытяжкой уровнемером. Аноды и катоды часто изготавливают из одного итого же материала, что позволяет повысить ресурс работы аппарата, периодически изменяя полярность электродов.

Электрокоагуляцию применяют преимущественно в системах: локальной очистки сточных вод, загрязненных тонкодисперсными и коллоидными примесями, от масел, нефтепродуктов, некоторых полимеров, соединений хрома и других тяжелых металлов. Она находит применение в процессах осветления, обесцвечивания, обеззараживания и умягчения воды в системах водоподготовки. Электрокоагуляция применима главным образом для очистки нейтральных и слабощелочных вод.

1.7 Мембранные методы очистки

Находят в последние время всё большее применение для очистки промышленных сточных вод.

Они конкурируют с ионообменными методами очистки и в ряде случаев превосходят их. При очистки большого объёма воды лучше ионообменный способ очистки, а для малого объёма, лучше мембранный способ очистки.

Методы:

Ш Обратный осмос.

Ш Ультра фильтрация.

Ш Испарение через мембрану.

Ш Диализ.

Ш Диффузионное испарение через мембрану.

Выбор метода зависит от размера разделяемых частиц.

В любом из этих процессов раствор приводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной, с одной её стороны в следствие особых свойств полупроницаемой мембраны прошедший через мембрану раствор (растворитель) обедняется (обогащается одним из компонентов).

Для разделения жидких смесей и сточных вод используют обратный осмос и утра фильтрацию.

Более подробно можно рассмотреть метод, осмоса и обратного осмоса.

М-на м-на м-на

II. Описание принципиальной технологической схемы

Сточная вода поступает на решетку (Р), где улавливаются крупные нерастворимые, плавающие загрязнители. Из решетки вода попадает в песколовку (П), песок образовавшийся в процессе очистки поступает в емкость (Е₁). Затем вода поступает в нефтеловушку (Н/л) где нефтепродукты всплывают и по спец. отводу попадают в ёмкость (Е₂) для сбора нефтепродуктов, а из этой емкости на сжигание. После этого вода поступает в усреднитель (У) в котором усредняются водные потоки по объемам и концентрациям примесей. Перемешивание в усреднителях осуществляются с помощью барботажа воздуха. После усреднителя вода переходит в сатуратор (С), после него во флатор (Ф). Потом, вода поступает в адсорбер (А1-А2), в котором нефтепродукты поглощаются активным углём и вода очищается приблизительно до 0,3г/л-1мг/л. После промывки адсорберов водой, нефтепродукты сливаются в емкость (Е₄) и поступают на сжигание. Очищенная вода, выходящая из адсорбера (А1-А2) поступает на водооборот предприятия.

Ш. Расчёт основного оборудования

3.1 Расчет решетки

Решетки (рис. 1) применяются для улавливания крупных нерастворимых, плавающих загрязнителей, которые могут засорить трубы и каналы.

Рис. 1. Расчётная схема решетки

Решетки бывают неподвижными, подвижными, а также совмещенными с дробилками. Наибольшее распространение имеют неподвижные решетки. Решетки изготовляют обычно из металлических стержней или прутков и устанавливают на пути движения очищаемых вод под углом 60 - 90° (б). Зазоры (b) между ними равны 16-19 мм. Стержни могут иметь круглое или прямоугольное сечение. Стержни с круглым сечением имеют меньшее сопротивление, но быстрей засоряются, поэтому чаще используют прямоугольные стержни, закругленные со стороны входа воды в решетку. Толщина стержней (S) составляет 8-15 мм.

Произведем пересчет расхода воды:

Q = 500/10/8/3600=0,0017 м³/с

Рассчитаем диаметр трубопровода В, м:

,

где Q - расход воды, м³/с; щ_ср - средняя скорость движения воды в трубопроводе, м/с. Принимаем щ_ср = 0,7 м/с.

м.

Определим живое сечение трубопровода F_c , м²:

F_c=Q/щ_ср= 0,0017/0,7 = 0,0024 м²

Определим площадь живого сечения решетки Fср, мІ:

Fср = Q/щпр,

где щпр ? средняя скорость движения воды в прозорах. Принимаем щпр=0,9 м/с.

Fср = 0,0017/0,9 = 0,002 мІ.

Обычно глубину воды h перед решеткой принимают равной диаметру трубопровода: h = В = 0,56м.

Определение числа прозоров решетки п:

n =1,1Q/bhщ_пр

где b ? ширина зазора. Принимаем b = 16 мм = 0,016 м.

n = 1,1*0,0017/0,56*0,016*0,9 ? 3 шт.

Определим высоту решетки В_р, м:

В_р = bп + s(п - 1) ,

где s ? толщина прутка. Принимаем s = 8 мм = 0,008 м.

В_р = 0,016*3 + 0,008(3 - 1)=0,064 м

Из формулы l₁= B_p-B/2tgц , где ц = 20 °, находим l₁:

l₁=1,37(В_р-В) =1,37*(0,064-0,056) = 0,012 м;

l₂=0,5* l₁ = 0,5*0,012 = 0,0056 ;м

l₃?1м

l₄? 0,5 м.

Определим потерянный напор h_пот , м:

где в - коэффициент, учитывающий форму решетки. Для квадратных решеток в=2,72;

б -- угол наклона решетки. Принимаем б = 90°;

Р - коэффициент, учитывающий увеличение напора и уменьшение живого сечения решетки за счет его засорения, Р = 3.

3.2 Расчет песколовки

Песколовки применяют для предварительного выделения минераль-ных и органических загрязнений (диаметр частиц 0,2 - 0,25 мм) из очищае-мых вод. В них крупные посторонние включения, например песок, выпа-дают на дно медленно текущего потока. Скорость движения воды в песко-ловках не превышает 0,3 м/с. Глубина песколовок 0,25 - 1м.

Рассчитаем длину песколовки L, м:

L= 1000KщH / щ₀

где щ - скорость движения воды в песколовке, м/с. Принимаем щ= 0,2 м/с;

Н -- высота песколовки, м. Н = 0,25 ? 1,5 м;

щ₀ ? гидравлическая крупность, связанная с диаметром частиц d_ч, мм/с;

При dч = 200 мкм = 0,20 мм щ0 =18,7 мм/с;

К ? эмпирический коэффициент, зависящий от гидравлической крупности. При щ0 = 18,7 мм/с К = 1,7.

Для выбора оптимальной длины песколовки задается 3 варианта Н:

Н = 0,25 м => L1 = 1000*1,7*0,2*0,25/18,7 = 4,5 м;

Н = 0,5 м => L2 = 1000*1,7*0,2*0,5/18,7 = 9 м;

Н = 0,75 м => L3 = 1000*1,7*0,2*0,75/18,7 = 13,6 м.

Определим ширину песколовки В, м:

B=F/L

где F - продольное сечение песколовки, м²:

F=Q/ щ₀ = 0,0017/0,01187=0,09 м²

B₁= 0,09/4,5= 0,02 м

B₂= 0,09/9=0,01 м

B₃= 0,09/13,6=0,0066 м

где Q - расход воды, м³/с; щ₀ - гидравлическая крупность, м/с.

Параметры	1 -й вариант	2-й вариант	3-й вариант
H	0,25	0,50	0,75
щ	0,2	0,2	0,2
щ0	18,7	18,7	18,7
L	4,5	9	13,6
B	0,02	0,01	0,0066

Выбираем 1 -й вариант.

Т.к. В < 0,2 м, принимаем В = 0,2 м.

НГ = 1,2*Н = 1,2*0,25 = 0,3 м.

Рассчитаем число песколовок:

б=( С_н - С_к )/ С_н * 100%

С_к= С_н - б*С_н = 8 -0,998*8=0,016 г/л.

Принимаем б=70%.

С_к1= С_н - б*С_н = 8 - 0,7*8=2,4 г/л;

С_к2= С_к1 - б * С_к1= 2,4 - 0,7*2,4=0,72 г/л;

С_к3= С_к2 - б * С_к2= 0,72 - 0,7*0,72=0,18 г/л;

С_к4= С_к3 - б * С_к3= 0,18 - 0,7*0,18=0,054 г/л.

С_к5= С_к4 - б * С_к4 =0,054 - 0,7*0,054 =0,0162 г/л.

3.3 Расчет нефтеловушки

Нефтеловушки. Один из аппаратов первичной очистки от нефтепродуктов - нефтеловушка. Режим движения воды в ней должен быть очень спокойным (0,005 - 0,01 м/с), чтобы нефтепродукты в зависимости от своей плотности успели либо всплыть, либо опуститься на дно. Для частичек нефти диаметром 80 - 100 мкм скорость всплывания обычно равна 1-4 мм/с. При этом всплывает 96 - 98 % нефти. Продолжительность отстаивания не менее 2 ч.

Рассчитаем скорость всплывания нефтепродуктов щ_о, м/с, равна:

где с_H2O, с_н/пр ? плотность воды и нефтепродуктов соответственно, кг/м³;

с _н/пр = 1100 кг/мі;

g - ускорение свободного падения (g = 9,8 1 м/с²);

d_ч - диаметр частиц нефтепродуктов, м; = 80 ? 100 мкм. Принимаем = 100 мкм = 0,0001 м.

µ_H2O --динамическая вязкость воды (µ_H2O =0,001 Па-с).

Рассчитаем длину нефтеловушки:

где щ - скорость движения воды в нефтеловушке,(0.005-0.01) м/с. Принимаем щ = 0,005 м/с.;

а -- коэффициент, зависящий от отношения щ/щ₀:

щ/щ₀= 0,005/0,000545=9,17 => а = 1,5;

h - глубина рабочей проточной части нефтеловушки (обычно h=0,5 - 1,5 м). Принимаем h = 1 м.

L=1,5*10*1=15 м

Найдем ширину нефтеловушки В, м:

B=F/L

где F - площадь поперечного сечения нефтеловушки, м²:

F= Q/щ₀ = 0,0017/ 0,000545= 3,12 м²

B=F/L=3,12/15=0,208 м

Определяем количество нефтеловушек, необходимых для очистки воды от нефти, с учетом степени очистки воды и заданной конечной концентрации нефтепродуктов:

Q = 0,0017 м³/с

С_н = 0,6% = 6 г/л

Принимаем С_к ?1г/л , б = 60%

С_к1= С_н - б*С_н= 6 - 0,6*6=2,4 г/л ;

С_к2= С_к1 - б * С_к1= 2,4 - 0,6*2,4=0,96 г/л;

=>2 нефтеловушка

3.4 Расчет усреднителя

Усреднители - аппараты, усредняющие водные потоки по объемам и концентрациям примесей. Во избежание выпадения осадков их устанавливают обязательно после песколовок.

Перемешивание в усреднителях можно осуществлять с помощью бар-ботажа воздуха или механическим перемешиванием.

Находим объем усреднителя, м³:

V_общ = V_з.выб +V_ц.кол +V_зап ,

где V_з.выб, V_ц.кол, V_зап, - соответственно объем, учитывающий возможность залпового выброса, объем, учитывающий циклические колебания работы аппарата и запасный объем аппарата.

V_зап= Q*ф_раб ,

где Q - расход воды, м³/ч, Q = 500/10/8 = 6,25 м³/ч;

ф_раб - время работы аппарата, ч (ф_раб = 1 - 3 ч). Принимаем ф_раб =3 ч

V_зап= Q*ф_раб =6,25*3 = 18,75 мі

,

где ф_з.выб - время залпового выброса, ч. Принимаем ф_з.выб = 0,5 ч;

К_п - коэффициент подавления залпового выброса:

К_п= (С_max - C_ср )/(С_доп - С_ср )

где С_max, C_ср, С_доп - максимальная, средняя и допустимая концентрации загрязняющего вещества соответственно, г/л.

Сср = 2 г/л

С_max= 2*С_ср=2*2=4 г/л

С_доп= 1,5* С_ср=1,5*2=3 г/л

К_п= (4 - 2 )/(3 - 2 ) = 2

м³

Определяем V_ц._кол:

V_ц.кол = 0,16 К_п Qф _ц.кол ,

где ф _ц.кол- время циклических колебаний, ч (ф_ц._кол =1-2). Принимаем ф_ц._кол=2ч.

V_ц.кол = 0,16*2*6,25 = 4 м³

Тогда V общ = 18,75+2,65+4 = 25,4 м³

Определим площадь поперечного сечения усреднителя, м²:

F_общ=Q*1000 / n*U_c*3600

где Q - расход воды, м /ч;

U_c - скорость движения воды вдоль усреднителя через поперечное сечение, мм/с (U_c ? 2,5). Принимаем U_c = 1 мм/с;

n- число секций усреднителя. Принимаем n = 1.

F = 6,25*1000/1*1*3600= 1,74 м²

Определим ширину усреднителя В, м:

B=F/H,

где H ? высота усреднителя. Принимаем Н = 1,5 м.

B= F/H = 1,74/1,5= 1,16 м

Найдем длину усреднителя L, м:

L= V_общ / F=25,4/1,74=14, м

Барботер - устройство, необходимое для перемешивания жидкости в усреднителе путем подачи туда воздуха (барботажа). Его можно укладывать либо поперек усреднителя, либо пристеночно.

Определим длину барботера l_б при укладке поперек усреднителя, м:

l_б = H_г +В - 2b₁ - h₁,

где H_г ? геометрическая высота усреднителя, м,

H_г = 1,2*H =1,2*1,5=1,8 м,

где H ? расчетная высота усреднителя, м;

В - ширина секции усреднителя, м;

b₁ - расстояние от барботера до стены усреднителя (принимаем b₁ = 0,1 м);

h₁ - расстояние от барботера до дна усреднителя (принимаем h₁ = 0,15 м).

l_б = 3,6+1,16 - 2*0,1 - 0,15=4,41м.

Найдем число барботеров N_б:

N_б = L/l,

где L - длина усреднителя, м;

l - расстояние между барботерами. Принимаем l= 4 м.

N_б=14,6/4=3,65

Расчет удельного расхода воздуха q_в.

q_в ? удельный расход воздуха, приходящийся на 1 м длины барботера в единицу времени, м³/(м-ч).

Вычислим q_в из следующего выражения:

l? 2(0,5+2,8H_min)lg(1+q_в)

где H_min - минимальная глубина заполнения усреднителя:

H_min =0,5*H=0,5*1,5=0,75 м.

l=2(0,5+2,8*0,75)= lg(1+q_в)

3,65=5,4*lg(1+q_в )

1+ q_в=10^0,67=4,67

q_в= 4,67 - 1 = 3,67 м³/(м*ч)

Общий расход воздуха Q_в:

Q_в= q_в* l_б* N_б*n=3,67*4,41*4 =65,3 м³/(м*ч)

3.5 Расчет вертикального отстойника

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод мелких (dч <0,1мм) грубодисперсных примесей под действием силы тяжести.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический резервуар с коническим днищем. Осаждение происходит в восходящем потоке воды. Высота зоны осаждения 4 ? 5м. частицы движутся с водой вверх с определенной скоростью, а под действием силы тяжести ? вниз. Поэтому различные частицы будут занимать различное положение в отстойнике. Эффективность осаждения в вертикальных отстойниках ниже на 10 ? 20%, чем в горизонтальных.

Находим критерий Архимеда:

,

где dч ? диаметр частиц, м. =2*10 ^-5м;

ств=сгл=1600 кг/мі;

сж = 1000 кг/мі;

м = 0,001 Па·с

Рассчитаем скорость свободного падения щсв, м/с:

При Ar ? 36

м/с

Определим скорость стесненного осаждения частиц:

щст < щсв щст = щсв*ЕІ*10 ^-1,82(1-Е),

где Е ? объемная доля жидкости в сточной воде

,

где ? массовая доля взвешенных частиц;

ств,сж ? плотность твердого вещества и сточной воды, кг/мі:

,

= 0,2/100 = 0,002

кг/мі

Тогда

и щст = 1,3*10 ^-4*0,998І*10 ^{-1,82(1-0,998)}=1,29*10 ^{-4 м/с}

определим количество сточных вод:

Gн=Q*св=0,0017*1001=1,7 кг/с.

Определим площадь осаждения твердых частиц:

,

где А ? коэффициент, характеризующий тип сгустителя. Принимаем А = 1,33;

? содержание твердых веществ в осадке сгустителя. Принимаем =0,4;

определяем по Ск глины с учетом степени очистки б=99,8%.

С_к= С_н - б*С_н= 2 - 0,998*2=0,004 г/л=0,0004%

=0,0004/100=0,000004

Тогда мІ

Выбираем типовой отстойник по величине площади осаждения F[]:

Ц 6

Размеры чана: диаметр 6000 мм, высота 2500 мм

Площадь осаждения 30мІ

Производительность (по твердому веществу) 30 т/сутки

Электродвигатель привода вала гребковой рамы: тип АО2-31-6, мощность 1,5 кВт, частота вращения 1000 об/мин.

Рассчитаем коэффициент запаса:

%

%

3.6 Расчет адсорбера

Рассчитаем поток загрязнителя:

G=Q(C_н-С_к),

где Сн =0,1 г/л = 1кг/мі, С_к =0,001 г/л = 0,001 кг/мі - начальная и конечная концентрации нефти в сточной воде;

Q ? расход воды, м³/час

G=6,25*(0,1-0,001)=0,62 кг/ч

В качестве адсорбента выбираем дробленный керамзит, Е = 25кг/м³.

Определим поток сорбента на 1 цикл сорбции (м³/ч):

П=G / E = 0,62/25=0,025 м³/ч

Задаем время сорбции ф=2-4 часа. Принимаем ф = 2 часа.

Определяем рабочий объём адсорбера:

V_раб.= П * ф = 0,025*2=0,05 м³

Принимаем загрузку на 20 циклов. Тогда Vраб=0,05*20 = 1 мі

V_раб=рD²/4 *H

Задаем D:Н = 1:1 ; 1:2 ; 1:3.

Выбираем 2 -й вариант.D/H = Ѕ => Hраб=2*D = 2*0,86 = 1,72 м.

Определяем геометрическую высоту, м:

H_г=Hраб+0,3+0,3=1,72+0,3+0,3=2,32 м.

IV. Заключение

В данном курсовом проекте выбраны наиболее оптимальные методы очистки сточных вод от нефтепродуктов: механическая и физико-химическая очистка. Также представлен расчет основного и вспомогательного оборудования для очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты. Были рассчитаны: решетка; песколовка; нефтеловушка с емкостью под нефтепродукты, образовавшиеся в процессе очистки; усреднитель, барбатёр. Также приведен расчет адсорбера - установлено, что адсорберов должно быть два для сорбции и десорбции.

V. Список используемой литературы

1. Аренс В.Ж., Саушин А.З., Гридин О.М. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений. - М.: Интербук, 1999. - 180с.

2. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Химия, 1988.

3. Демина Л.А. Как отмыть "Черное золото": О ликвидации нефтяных загрязнений. / / Энергия. - 2000. - N10. - С. 51-54.

4. Жуков А.И. Методы очистки производственных сточных вод. Справочное пособие. - М., Стройиздат, 1977.

5. Комарова Л.Ф. Технология очистки промышленных и сточных вод: физико-химические, химические и биохимические методы очистки: Учебное пособие/Алтайский политехнический институт. - Барнаул, 1983.

6. Кушелев В.П. Охрана природы от загрязнений промышленными выбросами. - М.: Химия, 1979.

7. Орлов Д.С., Малинина М.С. и др. Химическое загрязнение и охрана почв. Словарь-справочник. М.: Агропромиздат, 1991.

8. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1991.

9. Очистка сточных вод: Метод. указания к курсовому и дипломному проектированию / Владим. Гос. Ун-т; Сост.: Н.В. Селиванова, Н.А. Андрианов. Владимир, 2002.

10. Паль Л.Л. Справочник по очистке природных сточных вод. - М.: Высш. шк., 1994.

11. Родионов и др. Техника защиты окружающей среды. - М., 1989.