ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА

УДК 628.35
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩЕЙ
СТАНЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
© 2013
Ю.А. Багдасарова, кандидат педагогических наук, старший преподаватель кафедры «Трубопроводный транспорт»
Самарский государственный технический университет, Самара (Россия)
Ключевые слова: сточные воды; очистные сооружения; биологический метод; активный ил; аэротенк.
Аннотация: В статье обоснована необходимость повышения эффективности очистки промышленных сточных вод.
Изложены основные особенности реализации биологического метода очистки как одного из самых эффективных, наиболее безвредных, обеспечивающих экологическую безопасность сбрасываемых стоков. Предложены конкретные технические решения для повышения скорости и качества очистки сточных вод нефтеперекачивающей станции.
Сточные воды предприятий трубопроводного
транспорта нефти и продуктов переработки токсичны
и при существующих объемах водоотведения представляют собой серьезную экологическую опасность. Очистка этих стоков до параметров, предусмотренных действующими в настоящее время нормативными требованиями, традиционными способами практически невозможна. Инженерное оборудование станций очистки
сточных вод предприятий трубопроводного транспорта
нефти зачастую сильно изношено, устарело технически
и требует реконструкции. Вышеперечисленные причины создают необходимость повышения эффективности
функционирования на предприятиях станции очистки
сточных вод, а также использование сооружений,
принцип работы которых основан на применении биологических методов.
На нефтебазах, нефтеперекачивающих станциях
(НПС), как правило, используются раздельные системы канализации: производственно-ливневые и хозяйственно-бытовые.
Производственные сточные воды предприятий
транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов, сбрасываемые в производственно-дождевую канализацию, в основном загрязнены нефтью и нефтепродуктами (400-15000 мг/л) и механическими примесями
(100-600 мг/л). Перед выпуском в водоемы они должны
подвергаться соответствующей очистке.
В соответствии с требованиями документа «Технологический регламент эксплуатации и технического обслуживания очистных сооружений сточных вод
на
объектах
магистральных
нефтепроводов»
(ОР-13.060.30-КТН-263-09 ОАО «АК «Транснефть»)
на объектах ОАО «АК «Транснефть», а именно,
на площадках НПС с резервуарным парком предусмотрены очистные сооружения хозяйственно-бытовых сточных вод и очистные сооружения производственно-дождевых сточных вод.
Известно, что для очистки сточных вод на НПС
применяются: механические, физико-химические, химические и биологические (биохимические) методы.
Биологический метод, представленный биохимической очисткой, является, на наш взгляд, одним из самых эффективных, наиболее безвредным и обеспечивающим, таким образом, экологическую безопасность
сбрасываемых стоков. Подробно данный метод описан
многими авторами, в том числе [1, 2, 3, 4].
Биохимическая очистка основана на способности
отдельных видов микроорганизмов потреблять для своей жизнедеятельности органические соединения, в том
числе нефть и нефтепродукты, в присутствии кислороВектор науки ТГУ. № 2 (24), 2013
да. По-видимому, практически все углеводороды, входящие в состав нефти, могут являться объектом микробиологического воздействия.
Активный ил получают из речного или прудового
ила. Активный ил является структурированной коллоидной системой, обладающей высокой сорбционной
способностью, а также средой обитания многих микроорганизмов воды и почвы, то есть представляет собой
компактные хлопья зооглатных скоплений микроорганизмов. Активный ил представлен скоплениями бактерий, простейшими организмами, грибами, дрожжами,
актиномицетами и реже водорослями, личинками насекомых, рачков и другими. В активном иле и биопленке
встречаются представители четырех видов простейших
организмов: саркодовые (Sarcodina), жгутиковые инфузории (Flagellata), реснитчатые инфузории (Ciliata)
и сосущие инфузории (Suctoria). Простейшие поглощают большое количество бактерий, тем самым поддерживают их оптимальное количество в иле, способствуют осаждению ила и осветлению сточных вод. Бактериальное население илов представлено Pseudomonas, Bacterium,
Bacillus,
Corynebacterium,
Arthrobacter,
Мycobacterium, Micrococcus, Nocardia. Наибольшей
активностью обладают бактерии родов Pseudomonas,
Bacterium и Мycobacterium. Доминирующими родами
бактерий в илах, применяемых для очистки сточных
вод, являются Pseudomonas и Bacterium, что объясняется их способностью окислять широкий спектр органических веществ. Биоразложению легких парафинов
способствуют бактерии родов Pseudomonas, Nocardia.
Бактерии рода Bacterium, представленные более чем
30 видами, усваивают нефть, парафины, нафтены, фенолы и другие соединения (Bact. aliphaticum, Bact.
naphtalinicus, Bact. benzoli, Bact. cyrcoclastes) [4].
Основными сооружениями для реализации метода
биохимической очистки сточных вод явялются биофильтры и аэротенки. На предприятиях транспорта
нефти и нефтепродуктов применяются капельные биофильтры непрерывного действия, различные конструкции биореакторов и аэротенков.
Аэротенки представляют собой резервуар или открытый бассейн, в котором медленно движется смесь
активного ила и очищаемой сточной воды. Для увеличения эффективности биохимических процессов в аэротенке предусмотрены устройства для принудительной
аэрации. Преимущество аэротенка перед биофильтром
заключается в том, что процесс очистки можно регулировать – процесс аэрации, концентрации воздуха и активного ила.
21
Ю.А. Багдасарова «Повышение эффективности очистки сточных вод…»
Конструкции аэротенков могут быть различными и зависят от системы аэрации, способа распределения потоков
сточных вод и возвратного ила и т.д.
При изучении технологических схем очистных сооружений, используемых на НПС с резервуарным парком (с большим суточным объемом сточных вод), нами
было выявлено, что наиболее часто применяемой конструкцией аэротенка является аэротенк-смеситель (рис. 1).
очищаемая
вода
очищенная
вода
избыточный
активный ил
воздух
Рис. 1. Схема аэротенка-смесителя
Аэротенки-смесители (аэротенки полного смешения) характеризуются равномерной подачей по длине
сооружения исходной воды и активного ила и равномерным отводом иловой смеси. Полное смешение в них
сточных вод с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления, поэтому аэротенки-смесители более
приспособлены для очистки концентрированных производственных сточных вод при резких колебаниях их
расхода, состава и количества загрязнений.
Также было установлено, что на НПС с небольшим
суточным расходом сточных вод в качестве сооружений биологической очистки распространены установки
типа «Водолей», работающие по принципу биофильтра
с затопленной загрузкой (из синтетических материалов), которая, обрастая микроорганизмами, обеспечивает эффективную очистку сточных вод.
Кроме конструкции самого аэротенка большое значение для эффективности очистки сточных вод имеет
конструкция аэрационных элементов. Аэрационные
системы предназначены для подачи и распределения
кислорода или воздуха в аэротенке, а также поддержания активного ила во взвешенном состоянии.
Было установлено, что одним из основных недостатков работы очистных сооружений на НПС является
наличие устаревшей системы аэрации. Керамические
трубы, через которые осуществляется подача и распределение воздуха за длительное время эксплуатации закольматировались, потеряли свою прочность и ломаются при различных технологических и ремонтных операциях. Также наблюдается обрастание пор биопленкой,
в результате чего подача кислорода через отверстия
в трубах ухудшается или практически полностью прекращается, что и является причиной снижения концентрации растворенного кислорода. Еще одна проблема –
скопление в аэротенке механического осадка, мешающего работе активного ила. Песок выносится из песколовок в последующие сооружения, в первую очередь –
в первичные отстойники, откуда в составе сырого осад22
ка перекачивается в аэротенки и оседает в застойных
зонах. Наличие застойных зон обусловлено пристенной
системой аэрации аэротенков. В этих зонах вместе
с песком оседает и разлагается активный ил.
В результате всех перечисленных причин скорость
и качество очистки сточных вод сильно снижается.
В связи с необходимостью решения указанных проблем, проанализировав наиболее перспективные для
применения аэрационные системы, предлагаем заменять используемые (в том числе, на очистных сооружениях анализируемых НПС) для аэрации аэротенков
фильтросные трубы на более эффективные аэраторы
мембранного типа. Примерами таких наиболее современных систем являются аэрационные системы «Полиатр», «Aerostrip» и«Fortex».
Наиболее совершенными из представленных мы
считаем аэрационные системы «Fortex» широкого использования, которые предназначены для перемешивания и аэрации вод в бассейнах станции очистки сточных вод или аэрации других жидкостей. Тонкопузырчатые аэраторы «Fortex» (рис. 2) снабжены резиновой
мембраной, которая изготовлена из ЕПДМ–каучука
(этилен – пропилен – димер).
Рис. 2. Аэрационные элементы «Fortex»
При определенном давлении воздуха мембрана выпучивается таким образом, что отверстия в мембране
открываются, и через них начинает проходить воздух
в форме тонких пузырьков. Также мембрана служит
в качестве обратного клапана для перекрытия впускного отверстия при прекращении подачи воздуха, чем
препятствует проникновению воды в воздуховод, кроме
того, этот механизм работы предотвращает обрастание
перфораций биопленкой.
Преимуществом данных аэрационных элементов
является: высокая окислительная мощность, высокая
доля используемого кислорода, простая конструкция
элементов, возможность простой и быстрой замены
мембраны или целого элемента, высокая устойчивость
к засорению, экономия электроэнергии.
Для сравнения существующих схем очистных
сооружений на НПС с резервуарным парком были
рассмотрены различные станции ОАО «Приволжскнефтепровод» и ОАО «Черномортранснефть». Анализ схем
очистки производственных сточных вод на НПС показал, что в большинстве случаев общая принципиальная
Вектор науки ТГУ. № 2 (24), 2013
Ю.А. Багдасарова «Повышение эффективности очистки сточных вод…»
схема очистки выглядит следующим образом, представленном на рис. 3.
Таким образом, проанализировав технологические
схемы очистных сооружений нескольких НПС, мы
Рис. 4. Общая принципиальная схема очистки
бытовых сточных вод
Рис. 3. Общая принципиальная схема очистки
производственных сточных вод
Было выявлено, что при очистке бытовых стоков
на НПС с резервуарным парком основными сооружениями являются биореакторы или аэротенки. Таким
образом, общая принципиальная схема очистки бытовых сточных вод выглядит так (рис. 4):
Повышение производительности и эффективности
действующих очистных сооружений может быть достигнуто несколькими путями:
1) совершенствованием или реконструкцией существующих технологических схем очистных соружений путем их комбинирования для одновременной
очистки промышленных и бытовых сточных вод биологическим методом;
2) интенсификацией технологических процессов очистки сточных вод на существующих очистных
сооружениях (предварительная аэрация сточных вод,
биокоагуляция загрязнений, повышение интенсивности аэрации);
3) переоборудованием отдельных сооружений
в более производительные, обеспечивающие более высокий эффект удаления загрязнений в сравнении
с применяемыми.
Вектор науки ТГУ. № 2 (24), 2013
предлагаем привести принципиальную схему очистки
производственных и бытовых сточных вод к следующему виду, представленному на рис. 5.
Суть изменения схемы заключается в том, что промышленные сточные воды после установок нефтеловушки поступают не на установки флотации/коагуляции, а в аэротенк, где очищаются вместе с бытовыми сточными водами. Таким образом, можно избежать использования вредных химических реагентов,
а оставшуюся в производственных сточных водах эмульгированную нефть и органические соединения бытовых
стоков окислят микроорганизмы активного ила.
Таким образом, нами были рассмотрены различные
сооружения для реализации наиболее предпочтительного с позиций экологической безопасности метода очистки сточных вод – биологического. Также нами были изучены технологические схемы очистных сооружений различных НПС, на основании анализа которых было предложена иная принципиальная схема очистных сооружений, предусматривающая совместную очистку производственных и бытовых сточных вод. Ключевым элементом технологической схемы очистки должен выступать аэротенк. Кроме того, предлагается осуществить
замену старых систем аэрации на мембранные аэрационные системы типа «Fortex».
Основными достоинствами выдвинутых предложений являются:
23
Ю.А. Багдасарова «Повышение эффективности очистки сточных вод…»
Рис. 5. Совместная технологическая система очистки производственных и бытовых сточных вод
− использование биологического метода как одного
из основных при очистке производственных и бытовых сточных вод, поскольку он является одним
из самых эффективных, наиболее безвредным, обеспечивающим экологическую безопасность сбрасываемых стоков;
− повышение эффективности (скорости и качества)
очистки производственных и бытовых сточных вод
за счет использования более совершенной – мембранной – конструкции системы аэрации;
− экономия электроэнергии, обусловленная снижением подачи воздуха в воздуходувы мембранной системы аэрации, и, следовательно, экономия денежных средств при эксплуатации аэротенка;
− возможность использования избыточного ила
из аэротенка для обезвреживания нефтешламов [5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Берне Ф., Кордонье Ж. Водоочистка. Очистка сточных вод нефтепереработки. Подготовка водных систем охлаждения. – М.: Химия, 1997. – 288 с.
2. Голубовская Э.К. Биологические основы очистки
воды. – М.: Высшая школа, 1978. – 268 с.
3. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. – М.: АКВАРОС, 2003. – 512 с.
4. Ягафарова Г.Г. Экологическая биотехнология
в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей
промышленности: Учеб. пособие. – Уфа: УГНТУ,
2001. – 213 с.
5. Бурлака И.В., Бурлака Н.В., Бурлака В.А., Клементьев И.М. Обезвреживание нефтешламов и замазученных грунтов – существенное снижение экологической
нагрузки на окружающую среду // Экология и промышленность России. – 2008. – № 9. – С. 34-37.
THE INCREASE OF EFFICIENCY OF WASTE WATER PURIFICATION ON OIL PUMPING STATIONS
BY A BIOLOGICAL METHOD
© 2013
Y.A. Bagdasarova, candidate of pedagogical sciences, senior lecturer of the chair «Pipeline transport»
Samara State Technical University, Samara(Russia)
Keywords: waste water; treatment plant; biological method; active silt; aeration tank.
Annotation: In the article is proved a necessity of increase of efficiency of waste water purification. The main features
of realization biological method like as one of the most effective, harmless and environmentally safe are described. The
specific technical solutions for the increase of rate and quality of waste water purification on oil pumping stations are suggested.
24
Вектор науки ТГУ. № 2 (24), 2013