Водоотведение нефтеперерабатывающего завода

Содержание 
Введение 
 
1. Литературный обзор 
 
1.1 Характеристика систем очистки сточных вод НПЗ 
 
1.2 Методы очистки сточных вод НПЗ 
 
1.3 Биохимическая очистка сточных вод 
 
1.3.1 Сооружения биологической очистки сточных вод НПЗ 
 
1.3.2 Классификация биологических методов очистки 
 
1.3.3 Закономерности биохимического окисления 
 
органических веществ 
 
1.4 Деструкция нефтепродуктов в процессе биологической 
 
очистки сточных вод 
 
1.5 Интенсификация процессов биологической очистки 
 
1.6 Системы аэрации сточных вод 
 
2. Разработка технологической схемы очистки 
 
2.1 Описание технологической схемы 
 
2.2 Контроль производства 
 
2.3 Анализ эффективности работы очистных сооружений и возможные пути изменения технологического режима для улучшения качества очистки сточных вод 
 
3. Расчёт материального баланса 
 
4. Проектирование промышленного аппарата 
 
4.1 Расчёт аэротенка-вытеснителя I ступени 
 
4.2 Расчёт системы аэрации 
 
4.3 Расчёт вспомогательного оборудования (насосы, газодувки) 
 
5. Технико-экономические расчеты 
 
5.1 Характеристика объекта и технико-экономическое обоснование целесообразности замены существующей системы аэрации 
 
5.2 Расчёт производственной мощности 
 
5.3 Расчёт инвестиционных затрат на реконструкцию оборудования 
 
5.4 Расчёт изменения годовых эксплуатационных затрат 
 
5.5 Расчёт основных технико-экономических показателей проекта 
 
5.6 Выводы по разделу 
 
6. Безопасность жизнедеятельности 
 
6.1 Краткая характеристика объекта 
 
6.2 Анализ условий труда 
 
6.3 Анализ опасных и вредных факторов 
 
6.4 Мероприятия по обеспечению безопасности работы на очистных сооружениях 
 
6.5 Расчёт заземляющего устройства 
 
Заключение 
 
 
 
 
Введение 
Пермский край является одним из основных индустриальных центров России. Экономика области индустриального типа, включает в себя более 500 крупных и средних предприятий различных отраслей. Ведущими отраслями Пермского края являются машиностроение, химия и нефтехимия, топливная промышленность, лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. 
 
Сточные воды предприятий нефтепереработки и нефтехимии высокотоксичны 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. Кроме того, в некоторых случаях высокая загрязненность воды, использующейся в технологических процессах, приводит к значительным экономическим потерям, часто необратимым. 
 
Это создает предпосылки для более высокой эффективности работы биологических очистных сооружений на предприятиях, что зачастую не соответствует действительности, так как изношено инженерное оборудование. В связи с этим является необходимым реконструкция некоторых узлов на станциях биологической очистки. 
 
Модернизация аэробной очистки в аэротенках может идти несколькими путями: увеличение дозы активного ила в аэротенке, за счёт размещения в нем кассет биозагрузки, совершенствование гидродинамического режима аэротенков, а также совершенствование систем аэрации сточных вод. 
 
Критерием оптимальности при выборе способа модернизации аэротенка является минимум затрат при обеспечении требуемого качества очищенной воды. 
 
 
 
 
1. Литературный обзор 
1.1 Характеристика систем очистки сточных вод НПЗ 
В зависимости от качества исходной нефти, глубины ее переработки, применяемых катализаторов, а также номенклатуры получаемых товарных продуктов нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) условно можно отнести к заводам следующих профилей [19]: 
 
1. Топливного с неглубокой переработкой нефти. На таких заводах предусматривается выпуск автомобильных бензинов, авиационных керосинов, мазута (как котельного топлива), битумов, дизельного топлива, в отдельных случаях парафина, серы, иногда ароматических углеводородов (бензол, ксилол и др.). 
 
2. Топливного с глубокой переработкой нефти. Номенклатура основных товарных продуктов такая же, как и у заводов первого профиля, но значительная часть мазута направляется на вторичные процессы термической переработки (крекинг, коксование, алкилирование) для получения высококачественных бензинов, нефтяного кокса и других продуктов. 
 
3. Топливно-масляного с неглубокой переработкой нефти. Основные товарные продукты такие же, как и у заводов первого профиля, но имеются технологические установки, использующие часть мазута для получения технических масел. 
 
4. Топливно-масляного с глубокой переработкой нефти. Номенклатура основных товарных продуктов такая же, как и у заводов второго профиля, но имеются установки для производства масел. 
 
5. Топливно-нефтехимического с глубокой переработкой нефти и получением из промежуточного исходного сырья (жидкие и газообразные фракции нефти) нефтехимических продуктов: этилена, полиэтилена, полипропилена, бутиловых спиртов и др. 
 
В состав нефтеперерабатывающего завода независимо от его профиля входят следующие основные установки: электрообессоливаюшая (ЭЛОУ) для подготовки нефти с целью ее обезвоживания и обессоливания; комбинированная или атмосферно-вакуумная трубчатые установки (АВТ), предназначенные для прямой перегонки нефти на фракции, отличающиеся температурой кипения; щелочной очистки нефтепродуктов от непредельных углеводородов, смолистых и других веществ; гидроочистки дизельного топлива; производства битума; получения серы, а в ряде случаев парафина и ароматических углеводородов. 
 
Количество воды в системе оборотного водоснабжения нефтеперерабатывающих заводов превышает количество сточных вод в 10—20 раз (меньшее значение характерно для НПЗ с глубокой переработкой нефти). 
 
В оборотных водах допускается содержание: 25—30 мг/л нефтепродуктов, 25 мг/л взвешенных веществ, 500 мг/л сульфатов (в пополняющей воде 130 мг/л), 300 мг/л хлоридов (в пополняющей воде 50 мг/л), 25 мг О₂/л БПКполн (в пополняющей воде 10 мг/л); карбонатная временная жесткость не должна превышать 5 мг-экв/л (в пополняющей воде 2,5 мг-экв/л). 
 
На нефтеперерабатывающих заводах предусматриваются две основные системы производственной канализации: 
 
I система— для отведения и очистки нефтесодержащих нейтральных производственных и производственно-ливневых сточных вод. В этом случае в единую канализационную сеть поступают соответствующие сточные воды большинства технологических установок: от конденсаторов смешения и скрубберов (кроме барометрических конденсаторов на атмосферно-вакуумных трубчатках), от дренажных устройств аппаратов, насосов и резервуаров (исключая сырьевые), от охлаждения сальников насосов, от промывки нефтепродуктов (при условии малых концентраций щелочи в воде), от смыва полов, а также ливневые воды с площадок установок и резервуарных парков. Сточные воды первой системы канализации после очистки, как правило, используются для производственного водоснабжения (пополнение системы оборотного водоснабжения и для отдельных водопотребителей). Общее солесодержание этих вод не превышает 2 тыс. мг/л; 
 
II система — для отведения и очистки производственных сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты и нефтяные эмульсии, соли, реагенты и другие органические и неорганические вещества. Вторая система канализации в зависимости от вида и концентрации загрязняющих веществ включает следующие самостоятельные сети: 
 
— нефтесолесодержащих вод от установок по подготовке нефти, подтоварных вод сырьевых парков, сливных эстакад, промывочно-пропарочных станций; 
 
— концентрированных сернисто-щелочных вод (растворы от защелачивания нефтепродуктов, сернисто-щелочные конденсаты); 
 
— сточных вод производства синтетических жирных кислот (СЖК), содержащих парафин, органические кислоты и другие вещества; 
 
— сточных вод нефтехимических производств (например, производств этилена, пропилена, бутиловых спиртов), загрязненных растворенными органическими веществами; 
 
— сточных вод, содержащих тетраэтилсвинец от этилосмесительных установок и других объектов, где используется этилированный бензин; 
 
— кислых сточных вод, загрязненных минеральными кислотами и солями. 
 
Отдельные сети могут отсутствовать, если, например, на заводе нет производств, сбрасывающих соответствующие виды сточных вод, или предусмотрен их объединенный отвод. 
 
Сточные воды второй системы канализации, содержащие соли, после очистки, как правило, сбрасываются в водоем. Не исключаются частные случаи использования этих стоков, а при соответствующих обоснованиях — их обессоливание и возврат в производство. 
 
На отечественных и зарубежных нефтеперерабатывающих заводах общепринятая схема включает три стадии очистки: 
 
1) механическая — очистка от грубодисперсных примесей (твердых и жидких); 
 
2) физико-химическая — очистка от коллоидных частиц, обезвреживание сернисто-щелочных вод и стоков ЭЛОУ; 
 
3) биологическая — очистка от растворенных примесей. 
 
Кроме того, производится доочистка биологически очищенных сточных вод. 
 
Для очистки сточных вод I системы в настоящее время на отечественных предприятиях используют две схемы [19]. 
 
Первая схема включает очистку сточных вод в нефтеловушках, прудах, флотаторах песчаных фильтрах и т.д. Очищенная вода используется, для подпитки оборотных систем. 
 
Вторая более перспективная схема, кроме сооружений механической и физико-химической очистки, включает сооружения биологической очистки, а в некоторых случаях — установки доочистки сточных вод. 
 
В состав сооружений очистки сточных вод II системы входят установка механической очистки, физико-химической очистки сернисто-щелочных стоков, а также двухступенчатой биологической очистки. Кроме того, могут использоваться установки деминерализации воды, а также ее доочистки от взвешенных и растворенных органических примесей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис.1. Схемы организации очистки сточных вод на НПЗ 
На рис. 1 приведены схемы организации очистки сточных под канализации I и канализации II на отечественных НПЗ. 
 
Сточные воды первой и второй систем канализации проходят очистку на отдельных очистных сооружениях, так как различаются по составу и концентрации загрязнений. Очищенные сточные воды первой системы, как правило, используются для подпитки оборотных систем водоснабжения завода. Очищенные сточные воды второй канализационной системы не могут быть использованы в оборотном цикле вследствие повышенного содержания солей (порядка 5— 6 г/л), поэтому после соответствующей очистки сбрасываются в водоем. 
 
Схемы очистки сточных вод первой и второй канализационных систем аналогичны. В песколовках выделяются крупнодисперсные нефтепродукты и тяжелые механические примеси, песок. При увеличенном расходе сточных вод, превышающем расчетный, излишек воды автоматически перепускается через ливнесброс в аварийный амбар. Аварийный амбар, как правило, представляет собой земляные емкости с забетонированными откосами, рассчитываемые на суммарный объем дождевых вод с канализуемой территории при повторяемости дождя один раз в год продолжительностью 20 мин. Объем аварийных амбаров не должен превышать 20 тыс. м³. Необходимо предусматривать удаление осадка и всплывших нефтепродуктов из аварийного амбара. Отстоявшаяся в амбаре вода в течение 3—4-х суток должна быть перепущена в очистные сооружения. 
 
После песколовок сточные воды направляются в нефтеловушки, объем которых равен 2-часовому расходу поступающей воды. В нефтеловушках выделяются мелкодиспергированные нефтепродукты и тяжелые взвеси гидравлической крупностью 0,8 мм/с. Затем сточные воды направляются в радиальные отстойники для дополнительного отстаивания. Объем отстойников рассчитывают на 6-часовой приток сточных вод. 
 
После узла механической очистки концентрация нефтепродуктов в воде снижается до 50—70 мг/л, что превышает величину (25 мг/л), при которой эти воды могут подаваться в сооружения биологической очистки, поэтому в схемах предусмотрена физико-химическая очистка. Для нее, в соответствии с отраслевыми нормами, применяют напорную флотацию с коагуляцией. 
 
Напорные флотационные установки работают с 50%-й рециркуляцией очищенного потока. В качестве коагулянта, как правило, используют сульфат алюминия: 50 мг/л для сточных вод первой системы и 50—100 мг/л для второй. В последнее время на некоторых заводах начинают применять полиэлектролиты, в частности полиакриламид (ПАА), —1 — 1,5 мг/л. 
 
После физико-химической очистки в сточных водах первой канализационной системы остаточное содержание нефтепродуктов составляет около 25 мг/л; БПК₅, этих вод колеблется в пределах 60—150 мг О₂/л, ХПК - 150-400 мг О₂/л. Ранее эти воды подавали на дополнение оборотной воды, что приводило к биологическому обрастанию систем оборотного водоснабжения, одной из причин которого была биологическая неустойчивость очищенной воды. Кроме того, в исходных водах первой канализационной системы некоторых заводов содержание сульфидов значительно превышало предельно допустимое (20 мг/л) Поэтому схему дополнили биохимической очисткой. 
 
В сточных водах второй канализационной системы после флотации содержание нефтепродуктов снижается до 20—30 мг/л, БПК₅ этих вод в среднем составляет 160 мг О₂/л ХПК - 400 мг О₂/л. 
 
Биохимическую очистку сточных вод первой канализационной системы осуществляют в одноступенчатых аэротенках, затем иловую смесь разделяют во вторичных отстойниках. Продолжительность аэрации в аэротенке рекомендуется принимать равной 6 ч при дозе ила 2—4 г/л. Циркуляционный ил, расход которого составляет 50 % от расхода сточных вод, направляют в регенератор, занимающий 30 % объема аэротенка. Вторичный отстойник рассчитывают на 3-часовое отстаивание иловой смеси. Как показывают обследования очистных сооружений НПЗ, после биохимической очистки БПК₅ снижается в среднем на 70—75 %; концентрация нефтепродуктов уменьшается до 10 мг/л, концентрация взвешенных веществ — до 25 мг/л; рН составляет 7—8,5. 
 
Для обеспечения качества очищенного стока, требуемого для пополнения оборотных систем, биохимически очищенные стоки первой канализационной системы, в соответствии с отраслевыми нормами ВНТП 25-79, должны подвергаться фильтрации на зернистых фильтрах. В этом случае качество подготовленной воды будет следующим: 
 
 
 
 
 
Сточные воды второй канализационной системы проходят биохимическую очистку как отдельно, так и в смеси с бытовыми сточными водами заводского поселка, прошедшими механическую очистку. Биохимическую очистку осуществляют по одноступенчатой и двухступенчатой схемам. 
 
При двухступенчатой схеме допускается подача сточных вод с более высоким содержанием сульфидов и более высоким БПК. Расчетная продолжительность аэрации в аэротенках при одноступенчатой аэрации должна составлять 6 ч, и последующее отстаивание иловой смеси должно продолжаться в течение 3 ч. При двухступенчатой очистке продолжительность аэрации в каждой ступени должна быть соответственно 3,5 и 8 ч, а продолжительность отстаивания во вторичном и третичном отстойниках — 1,5 и 3 ч. Так как на нефтеперерабатывающих заводах в результате совершенствования технологии количество сточных вод сокращается, действительная продолжительность пребывания воды в аэротенках двух ступеней некоторых очистных сооружений составляет 20—30 ч. Этот резерв объемов в ряде случаев используется для биохимической очистки сточных вод первой системы. 
 
Возрастающие требования к качеству сточных вод, сбрасываемых в рыбохозяйственные водоемы, диктуют необходимость дополнительной очистки биохимически очищенных сточных вод. Наибольшее распространение для этой цели получили биологические пруды, рассчитываемые на продолжительность пребывания в них воды от нескольких суток до года. На некоторых заводах перед подачей воды в пруды предусматривают двухступенчатую схему доочистки: микрофильтр — песчаный фильтр. Микрофильтр служит для выделения выносимых из отстойников биохимической очистки хлопьев активного ила, которые, попадая на песчаный фильтр, сокращают фильтроцикл. 
 
После биологических (буферных) прудов очищенные воды сбрасывают в водоем. Концентрация контролируемых загрязнений в выпускаемых водах по заводам колеблется в значительных пределах: 2— 15 мг/л взвешенных, 0,5— 
 
Задержанные на нефтеулавливающих сооружениях нефтепродукты сначала направляют в приемные, а затем перекачивают в разделочные резервуары. Из последних нефть, освобожденную от воды, подают на переработку. 
 
Нефтешлам удаляют из сооружений различными способами. Выбор способа зависит от размеров сооружения и высоты его расположения. Обычно для удаления осадка применяют гидроэлеваторы, насосы, установленные стационарно или на передвижной платформе, или осадок удаляют под гидростатическим напором по самотечному коллектору. 
 
Песок, задержанный в песколовках, в соответствии с отраслевыми нормами ВНТП 25—79, рекомендуется также направлять в шламона-копитель. Однако на ряде заводов песок, удаляемый гидроэлеваторами, подают в песковые бункеры, а затем вывозят на свалку. Нефтешлам из шламоуплотнителя подается на установку сжигания, в состав которой входят сооружения для его усреднения, уплотнения и обезвоживания. Нефтешлам сжигают в печах различных конструкций: камерных, циклонных, вращающихся, с кипящим слоем. 
 
Применяемая на НПЗ схема сооружений очистки сточных вод, хотя и обеспечивает требуемую степень очистки, однако, как показывают результаты эксплуатации, наладки и исследований, имеет существенные недостатки, которые усложняют эксплуатацию, удорожают строительство и являются причиной загрязнения окружающей среды. 
 
Основной недостаток очистных станций НПЗ — это большие объемы сооружений, что обусловливает значительную открытую поверхность воды, на которой накапливается задержанная нефть. Другой недостаток эксплуатируемых схем очистных сооружений НПЗ заключается в отсутствии устройств для замера расходов сточных вод и осадков, что значительно затрудняет поддержание наиболее оптимального режима оборудования очистных сооружений. 
 
Учитывая, что НПЗ являются крупными объектами водопотребления и одновременно сбрасывают большой объем сточных вод в городские или районные системы канализации, можно сказать, что перспективным направлением совершенствования систем очистки сточных вод является разработка так называемых бессточных систем водоснабжения и канализации. 
 
Определяющими условиями, обеспечивающими работу НПЗ без сброса сточных вод в водоем, являются: максимальное сокращение количества образующихся сточных вод, их разделение в зависимости от специфики загрязнений и локальная очистка, а также глубокая доочистка и повторное их использование. Усредненный состав сточных вод НПЗ, сгруппированных в две системы канализации, приведен в таблице. 
Таблица 1. Характеристика сточных вод НПЗ, прошедших механическую и физико-химическую очистку

 
 
 
Сточные воды второй системы канализации  содержат значительно больше солей, чем стоки первой системы, и не могут использоваться для подпитки оборотных систем даже после биохимической  очистки, несмотря на то, что за последние 10 лет загрязненность стоков второй системы солями снизилась в 5—10 раз, что объясняется предварительной  подготовкой нефти на промыслах. 
1.2 Методы очистки сточных вод НПЗ 
Механическая очистка 
 
Механическая очистка является одним из основных и самым распространенным методом обработки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. Механическую очистку осуществляют в песколовках, отстойниках, гидроциклонах, центрифугах, флотаторах и фильтрах [11]. 
 
Физико-химическая очистка 
 
Физико-химические методы применяют для очистки нефтесодержащих сточных вод от коллоидных и растворённых загрязнений, количество которых в воде после сооружений механической очистки остаётся практически неизменным. Нефтяные эмульсии, составляющие некоторую часть (примерно 1-5%) общего загрязнения сточных вод НПЗ нефтепродуктами, образуются вследствие стабилизации капелек нефти в воде поверхностно-активными веществами (нафтеновые и жирные кислоты, смолы, асфальтены и т.д.), а также электролитами. Эти нефтяные загрязнения не улавливаются на сооружениях механической очистки и могут быть выделены из воды только физико-химическими методами. 
 
Так содержание нефтепродуктов в воде, прошедшей нефтеловушки и отстойники дополнительного отстаивания, колеблется в пределах 15 – 200 мг/л для первой системы и 25 – 400 мг/л для второй, составляя в среднем соответственно 100 – 150 мг/л. Вода с таким содержанием нефтепродуктов не может быть возвращена в производство или подана на сооружения биологической очистки, поэтому требуется её дополнительная очистка. 
 
Известно большое число методов и сооружений физико-химической очистки, которые применяются или могут применяться в схемах очистки общего стока НПЗ, а также в схемах обработки локальных сточных вод технологических установок. Наиболее часто применяются такие методы как коагуляция, электрокоагуляция, флокуляция и сорбция. 
 
Биохимическая очистка 
 
Биохимическая очистка является одним из основных методов очистки сточных вод НПЗ как перед сбросом в водоём, так и перед повторным использованием в системах оборотного водоснабжения. Биохимические методы основываются на естественных процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов [21]. Интенсивность и последовательность окисления микроорганизмами того или иного вещества зависят от многих факторов, но решающее влияние на эти процессы оказывает химическое строение вещества. Наименее доступными источниками углерода являются вещества, не содержащие атомов кислорода, - углеводороды. Тем не менее, углеводороды в отсутствии в достаточном количестве других легко разлагаемых источников питания также расщепляются микроорганизмами активного ила. Микроорганизмы способны использовать углеводороды разных классов простого и сложного строения. По-видимому, практически все углеводороды, входящие в состав нефти, могут являться объектом микробиологического воздействия [11]. 
1.3 Биохимическая очистка сточных вод 
1.3.1 Сооружения биологической очистки сточных вод НПЗ 
 
Основными сооружениями биохимической очистки на отечественных НПЗ служат аэротенки и вторичные отстойники. Как правило, на очистных сооружениях НПЗ применяют аэротенки с рассредоточенным впуском сточных вод и аэротенки —смесители. Обычные аэротенки— вытеснители — чаще всего применяют на второй ступени очистки [3]. 
 
Биологические фильтры практически не нашли применения для очистки нефтесодержащих сточных вод на отечественных предприятиях, так как опыт их эксплуатации на одном из НПЗ показал, что эффект очистки в них значительно ниже, чем в аэротенках. В настоящее время биологические фильтры используют только на двух нефтеперерабатывающих заводах как вторую ступень очистки. Биологические пруды на отечественных заводах применяют только в качестве сооружений для доочистки биохимически очищенных сточных вод НПЗ [11]. 
 

 
На основе обзора литературы можно  выделить следующие цели дипломной  работы: 
 
Ø Разработать технологическую схему очистки сточных вод нефтеперерабатывающего предприятия; 
 
Ø Рассчитать основной аппарат – аэротенк-вытеснитель, способный обеспечить необходимую степень очистки сточных вод нефтеперерабатывающего завода с проектной производительностью 60 тыс. м³/сутки; 
 
Ø Совершенствование системы аэрации сточных вод в аэротенке I ступени очистных сооружений ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез", путём замены старых фильтросных труб на новые мембранные мелкопузырчатые аэраторы. 
 
Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи: 
 
Ø Тщательно изучить теоретические основы технологии биохимической очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий; 
 
Ø Проанализировать имеющуюся технологическую схему очистки сточных вод на предприятии ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез"; 
 
Ø Выбрать один из путей повышения эффективности очистки сточных вод в аэротенке; 
 
Ø Показать технологическую и технико-экономическую целесообразность замены существующей системы аэрации; 
 
Ø Разработать мероприятия по обеспечению безопасности работы на биологических очистных сооружениях нефтеперерабатывающего завода. 
 
 
 
 
2. Разработка технологической схемы очистки 
2.1 Описание технологической схемы 
Технологическая схема очистки сточных вод с промышленной площадки ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез" осуществляется на локальных очистных сооружниях и включает следующие стадии [18]: 
 
• механическую очистку стоков от нерастворённых грубодисперсных минеральных примесей и нефтепродуктов; 
 
• физико-химическую очистку стоков от мелкодисперсных минеральных примесей, эмульгированных нефтепродуктов; 
 
• очистку стоков от тонкодисперсных нефтепродуктов, растворимых органических веществ биохимическим окислением с помощью микроорганизмов активного ила; 
 
• возврат очищенных сточных вод на повторное использование в систему производственного водоснабжения и для подпитки оборотных систем водоснабжения; 
 
• складирование нефтесодержащих отходов с последующей переработкой на установке КХД; 
 
• механическое обезвоживание избыточного активного ила; 
 
• отведение очищенных сточных вод в систему канализации. 
 
Механическая очистка 
 
Механическая очистка предназначена для предварительной очистки сточных вод от грубодисперсных минеральных примесей и нефтепродуктов, откачку сточной жидкости на последующую очистку, сбора уловленного обводнённого нефтепродукта на нефтеловушках с последующей разделкой в разделочных резервуарах. 
 
Сточные воды II системы поступают самотеком по двум вводам на механическую очистку и проходят через решётки, где из потока извлекают крупные плавающие примеси бумага, ветошь, этикетки, пленка). 
 
Далее сточные воды следуют через песколовки, которые применяют для задерживания из сточных вод грубых минеральных загрязнений. 
 
 
Рис. 11. Песколовка с круговым движением рабочего потока 
Песколовка с круговым движением рабочего потока (рис 11) представляет собой круглый резервуар 1 с коническим днищем 3. внутри резервуара расположен цилиндр с усечённым конусом 2, которые с корпусом песколовки образуют кольцевой лоток 5, имеющий в нижней части щелевое отверстие 6 для отвода осадка. 
 
Нефтесодержащие сточные воды поступают к песколовке по открытому лотку и направляются затем в кольцевой лоток песколовки по тангенциальному вводу. Для поддержания в песколовке постоянного уровня на выходе из неё установлен водослив с широким порогом 8. Всплывающие нефтепродукты задерживаются в лотке полупогружённой перегородкой 9, расположенной перед водосливом. Далее через специальное отверстие 10 они направляются в центральную часть песколовки. Накопившиеся нефтепродукты удаляются из песколовки через погружную воронку 4. Выделенный песок удаляется из песколовки гидроэлеватором 7. 
 
При увеличенном расходе сточных вод, превышающем расчетный, излишек воды перепускается через камеру ливнесброса в аварийный амбар. Отстоявшаяся в амбаре вода в течение 3-4 суток перепускается в нефтеловушки. Донный осадок из большого аварийного амбара удаляется по мере накопления. 
 
После песколовок сточные воды направляются по распределительным лоткам в нефтеловушки, объем которых равен 2-х часовому расходу поступающей сточной воды. В нефтеловушке выделяются мелкодиспергированные нефтепродукты и тяжелые взвеси гидравлической крупностью более 0,8 мм/с. 
 
Нефтеловушки представляют собой горизонтальный отстойник (рис 12), разделённый продольными перегородками 10 на самостоятельно работающие секции 11. Число секций назначается в зависимости от расхода сточных вод. 
 
 
Рис. 12. Секция типовой горизонтальной нефтеловушки 
Для распределения рабочего потока воды в секции нефтеловушки служит щелевая перегородка 4. Имеются нефтеловушки, в которых распределение потока осуществляется через стояки труб, оканчивающиеся раструбами 3. Очищенная вода из секции удаляется в водосборный лоток 9 через водослив 8. Для задерживания нефтепродуктов перед водосливом устанавливают полупогружённую перегородку 7. Задержанные нефтепродукты отводятся из секции щелевыми поворотными трубами 5. Тяжёлый осадок, выпавший на дно секции скребковым транспортёром 6 сгребается в приямок 1. Этот же скребковый транспортёр используют для транспортирования плавающей нефти к нефтесборным трубам. Осадок удаляют из приямков гидроэлеваторами 2. 
 
Сбор уловленного обводненного нефтепродукта на нефтеловушках осуществляется с помощью нефтесборных труб в подземный резервуар. 
 
Готовый нефтепродукт с обводненностью не более 1 % откачивают насосами на повторное использование на установку ЭЛОУ. Сбор и разделка нефтепродукта ведется постоянно. Масса уловленного на нефтеловушках нефтепродукта составляет от 1,0 до 2,5 тысяч тонн в месяц. 
 
Удаление донных отложений с нефтеловушек и песколовок производится на песковые площадки. Отстоенная вода с песковых площадок через выпускные колодцы дренируется в большой аварийный амбар. 
 
Чистка нефтеловушек от донного осадка осуществляется один раз в год. 
 
Для обеспечения более глубокой очистки от свободных нефтеродуктов вода после нефтеловушек проходит сооружения дополнительного отстаивания. В качестве таких сооружений применяют пруды-отстойники (рис. 13). 
 
 
Рис. 13. Схема .двухсекционного пруда дополнительного отстаивания: 
 
1 – нефтесборная труба; 2 – отводящая труба; 3 – подводящая труба. 
Исходная вода из распределительной чаши по трубопроводу d=120 мм поступает в нижнюю часть водораспределительного устройства отстойника. Водораспределительное устройство состоит из центрального кольцевого подводящего и распределительного канала, образованного опорой и подводящей трубой, и водораспределительных лопаток. 
 
Осветлённая вода отводится из отстойника через кольцевой зубчатый водослив в сборный кольцевой лоток, из которого очищенная вода по трубопроводу направляется в последующие сооружения. Всплывшие нефтепродукты удаляются радиальным скребком, подгоняющим их к поворотной нефтесборной трубе. 
 
Осадок накапливается на дне отстойника и скребками сдвигается в иловый приямок, расположенный в центре отстойника. Осадок их приямка под гидростатическим напором направляется в иловый колодец по трубопровод с задвижкой, оборудованной электроприводом. 
 
Физико-химическая очистка 
 
После узла механической очистки концентрация нефтепродуктов в сточной воде снижается до 90 мг/л, что превышает величину, при которой эти стоки могут подаваться в сооружения биологической очистки. Для снижения концентрации нефтепродуктов в указанных стоках предусмотрена физико-химическая очистка – импеллерная флотация с флокулянтом Zetag-89. 
 
Сточные воды насосами НПС подаются на сооружения МХО "ВЕМКО" в отделение решеток для удаления грубых механических примесей и предварительного сбора нефтепродукта. 
 
Удаление механических примесей осуществляется при помощи ручных граблей в специальный поддон. По мере накопления уловленный мусор складируется в стационарные бункеры с их последующим вывозом в шламонакопитель. Чистка решеток производится периодически (но не реже 1 раза в 2 часа) в зависимости от количества поступающих загрязнений. При этом не допускается перепад уровня до и после решеток более 15 см. 
 
Сбор нефтепродукта с поверхности лотка происходит через щелевое заборное устройство, после чего нефтепродукт при помощи центробежного насоса транспортируется по линии в емкости. 
 
Далее стоки поступают в отделение гидроциклонов, где за счет центробежной силы и силы тяжести происходит удаление из стоков нефтепродукта и взвешенных веществ. 
 
Удаление нефтепродукта осуществляется через большой и малый нефтесборные карманы периодически, в зависимости от степени его накопления. Для более качественного удаления нефтепродуктов (особенно тяжелых) необходимо уменьшить высоту перегородки нефтесборного кармана путем открытия-закрытия поворотной заслонки. Посредством включения в работу скребкового механизма (не реже 4-х раз в смену) происходит интенсификация удаления нефтепродукта. 
 
Удаление взвешенных веществ производится из конусной части безнапорного гидроциклона при помощи гидроэлеватора (водоструйный насос). Донный осадок удаляется на напорные гидроциклоны и бункеры песка. Обезвоженный песок вывозится и складируется в шламонакопителе. 
 
Стоки после безнапорных гидроциклонов поступают в сепараторы для последующего извлечения механических примесей и нефтепродукта. 
 
Нефтепродукт собирается в верхней части сепаратора по мере накопления на поверхности, переливается в нефтесборный карман, и поступает в ёмкости с последующей откачкой в резервуарный парк. 
 
Донный осадок скапливается в нижней (конусной) части сепаратора. Его удаление осуществляется в ёмкости под гидростатическим давлением с последующей откачкой насосами в 2-х секционный отстойник. 
 
В лоток осветлённых стоков после сепаратора осуществляется подача флокулянта для более эффективного процесса флотации. 
 
Принцип работы депуратора, предназначенного для извлечения из сточной воды механических примесей, нефтепродукта и их эмульсий, заключается в вовлечении загрязнений в пенный слой (импеллерная флотация). Данные загрязнения с образующимся пенным слоем (флотопена) поступают в пеносборные карманы. Для более эффективного удаления флотопены используют скребковые механизмы. Флотопена с пеносборных карманов поступает в ёмкости и насосами откачивается в 2-х секционный отстойник. Отстоявшаяся вода дренируется в "голову" сооружений МХО "Вемко". Сбор нефтепродукта с 2-х секционного отстойника осуществляется в тёплый период времени в резервуарный парк или на установку КХД для последующей переработки. Очищенные стоки после депураторов поступают на сооружения БХО. 
 
Биохимическая очистка стоков – сооружения БХО 
 
Участок БХО предназначен для биохимической очистки сточных вод, для распада и минерализации органических веществ, находящихся в коллоидном и растворённом состоянии. 
 
Существуют три варианта работы I системы сооружений БХО: I вариант предусматривает работу сооружения в зимний период времени, II и III вариант в летнее-осенний период времени. 
 
I Вариант 
 
 
Рис. 14. Схема работы сооружений БХО в зимний период 
Промышленные сточные воды II системы канализации, предварительно прошедшие механо-химическую очистку на участке "Вемко" поступают по трубопроводу в приёмную камеру II системы. Из приёмной камеры стоки поступают по лотку в двухсекционный смеситель. Смеситель представляет собой заглублённый прямоугольный резервуар, состоящий из трёх секций. Каждая секция разделена на три коридора. В каждый коридор по перфорированному трубопроводу подаётся воздух для усреднения и перемешивания стоков. Так же в смеситель подаются биогенные добавки для активного ила. Из смесителя по лотку сточные воды поступают в распределительный канал перед аэротенком. 
 
Аэротенк – прямоугольный резервуар открытого типа, состоящий из трёх секций, каждая секция которого разбита на три коридора. Первый коридор является регенератором. Второй и третий – это рабочие зоны аэротенка. Конструкция аэротенка предусматривает возможность работы с 33%, 66% регенерацией активного ила, так и без неё. 
 
Для жизнедеятельности микроорганизмов в аэротенк подаётся воздух из воздуходувной станции в количестве 16,7 м³/сек. по трубопроводу и распределяется по отдельным стоякам. Иловая смесь из каждой секции, переливаясь через водослив, поступает по трубопроводу в камеру гашения напора, а затем в распределительную чашу вторичных отстойников. 
 
Вторичный отстойник – заглубленный открытый цилиндрически резервуар. Он служит для задержания активного ила, поступающего вместе с очищенной водой из аэротенка. Сбор осветлённой воды в отстойнике осуществляется через водосливы сборного кольцевого лотка, затем вода поступает в выпускной карман отстойника и далее в приёмную камеру II системы в отсек сбора очищенных стоков. Активный ил, осевший на дне отстойника под гидростатическим давлением непрерывно удаляется при помощи илососа в иловую камеру, которая оборудована щитовыми заборами. Из иловых камер активный ил поступает в приёмную камеру, откуда возвращается на повторное использование через колодцы в первые коридоры каждой секции аэротенка. 
 
Очищенная вода из приёмной камеры подаётся на флотацию. Схемой предусмотрено введение воды и воздуха через эжекторы, которые установлены на перемычках между напорными и всасывающими трубопроводами. Насыщение стоков воздухом происходит при давлении 4,2 – 4,8 кгс/см² в сатураторе ёмкостью 100 м³. Насыщенная воздухом сточная вода поступает в центральную часть в распределительное устройство флотаторов. Из сатуратора насыщенная воздухом вода поступает на флотаторы. Флотатор служит для удаления окисленного активного ила из очищенных стоков. Выделившиеся из воды пузырьки воздуха всплывают вместе с налипшими частицами загрязнений на поверхность флотатора, в результате чего образуется пенообразный слой. Пена удаляется скребковым механизмом. Очищенная вода по водосборному кольцевому лотку флотатора самотёком переливается в приёмную камеру стоков. Из этой камеры вода подаётся на пруд-регулятор № 2, затем через перемычку поступает в пруд-регулятор № 1, где происходит дополнительный отстой очищенной воды. Из пруда-регулятора № 1 вода подаётся на подпитку в оборотную систему водоснабжения предприятия. 
II Вариант 
 
 
Рис. 15. Схемы работы сооружений БХО в летнее-осенний период 
 
 
 
Анализ эффективности работы очистных сооружений и возможные пути изменения технологического режима для улучшения качества очистки сточных вод 
Комплекс очистных сооружений цеха № 17 Управления водоснабжения, канализации и очистки сточных вод ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез" предназначен для приема производственных и хозбытовых сточных вод с нефтеперерабатывающей площадки, их очистки и отвода сточных вод на городские биологические очистные сооружения и частичного возврата очищенных сточных вод для подпитки систем оборотного водоснабжения. 
Таблица 5 Качество поступающих и очищенных стоков очистных сооружений цеха №17 УВК и ОСВ за 2007 год

 
 
 
В настоящее время качество очищаемых  стоков на очистных сооружениях цеха №17 УВК и ОСВ не отвечает требованиям, предъявляемым к ним на сбросе в поверхностный водоём, поэтому  избыточное количество очищенных стоков после БХО в объёме 14 тыс. м³/сутки направляется на доочистку на городские биологические очистные сооружения (БОС) перед сбросом в р. Кама. Направление стоков на БОС обусловлено недостаточной степенью очистки и прежде всего по содержанию нефтепродуктов, взвешенных веществ и БПКполн. 
 
В целях повышения качества очистки стоков предлагается осуществить реконструкцию очистных сооружений с доведением показателей стоков до требований, предъявляемых к ним для повторного использования в оборотном водоснабжении, до требований, предъявляемых на сбросе избыточного количества очищенных стоков после БХО в р. Кама, то есть минуя городские биологические очистные сооружения. 
 
Одним из основных недостатков работы очистных сооружений является наличие устаревшей системы аэрации. Керамические трубы, через которые осуществляется подача и распределение воздуха за длительное время эксплуатации закальматировались, потеряли свою прочность и ломаются при монтаже и демонтаже. Аэрация через отверстия в трубах уже не позволяет получать мелкие пузырьки воздуха, что и является причиной снижения концентрации растворенного кислорода. 
 
Песок выносится из песколовок в последующие сооружения и в первую очередь в первичные отстойники, откуда в составе сырого осадка перекачивается в аэротенки I ступени и оседает в "застойных" зонах. Наличие застойных зон обусловлено пристенной системой аэрации аэротенков. В этих зонах вместе с песком оседает и гниет ил. В результате чего, качество очистки воды снижается. 
 
В связи с этим предлагается замена существующих фильтросных труб на более эффективные аэраторы мембранного типа – "ФОРТЕКС АМЕ – Т 370". Специально перфорированная мембрана из синтетического каучука работает как обратный клапан, что предотвращает обрастание пор биоплёнкой. Данные аэраторы обеспечат более эффективную очистку сточных вод при минимальных затратах электроэнергии. 
 
Сборка системы аэрации проводится без дополнительных муфт, простым свинчиванием аэраторов между собой и последующей фиксацией, что позволяет произвести реконструкцию системы аэрации в предельно короткие сроки. 
 
Преимуществом данных аэрационных элементов является: 
 
· Высокая окислительная мощность; 
 
· Высокая доля используемого кислорода; 
 
· Низкие потери давления; 
 
· Простая конструкция элементов; 
 
· Возможность простой и быстрой замены мембраны или целого элемента; 
 
· Высокая устойчивость к засорению; 
 
· Экономия электроэнергии. 
 
 
Рис. 16. Сравнение старой и новой систем аэрации 
 
1 – фильтросные трубы; 
 
2 – мембранные аэраторы ФОРТЕКС. 
 
 
 
 
 
 
3. Расчёт материального баланса 
Материальный баланс составлен по содержанию БПКполн, нефтепродуктов и взвешенных веществ в воде и концентрации активного ила согласно схемы изображенной на рисунке 17. 
 
Расчет сделан исходя из следующих данных: 
 
Производительность000 м³/сут; 
 
БПКполн на входе0,0 мгО₂/л; 
 
Концентрация нефтепродуктов на входе9,0 мг/л 
 
Концентрация взвешенных веществ на входе2,0 мг/л; 
 
Концентрация ила на входе,1 мг/л 
 
Прирост активного ила,74 мг/л 
 
Эффективность работы отстойников% 
 
 
Рис. 17. Схема материального баланса очистки сточных вод нефтеперерабатывающего завода производительностью 60 тыс. м³/сутки 
Представим табличный вариант расчёта материального баланса. 
 

 
 
 
 
т.е. режим течения турбулентный. 
 
ω – скорость потока, м/с; ρ – плотность воды, кг/м³; μ – динамическая вязкость, м∙с/кг. 
 
Примем абсолютную шероховатость равной 
_м, 
тогда относительная шероховатость: 
 
 
 
 
 
 
 
Коэффициент трения равен: 
 
 
 
Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений: 
 
Для всасывающей линии 
 
1. Вход в трубу (принимаем с острыми краями): 
 
2. Прямоточные вентили: 
 
3. Отводы: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии: 
 
 
 
Потерянный напор во всасывающей линии: 
 
 
 
 
 
Для нагнетательной линии 
 
1. Отводы под углом 120: 
 
 
 
 
 
2. Отводы под углом 90:  
 
3. Нормальные вентили:  
 
4. Выход из трубы: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Потерянный напор в нагнетательной линии: 
 
 
 
 
 
Общие потери насоса 
 
 
 
Выбор насоса 
 
Находим потребный напор насоса 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Такой напор при заданной производительности обеспечивается многоступенчатым центробежным насосом. 
 
 
 
 
 
 
Определяем полезную мощность насоса: 
 
 
 
Устанавливаем, что заданной подаче и напору более всего соответствует насос марки ЦНС 300-540. 
 
Выбор газодувки 
 
Расход воздуха для обеспечения достаточной аэрации равен 7776 м³/час. Исходя из этого подбираем газодувку ТВ-600-1,1 с типом электродвигателя А3-315М-2 и максимальной мощностью 200 кВт. 
 
 
 
 
5. Технико-экономические расчеты 
5.1 Характеристика объекта и технико-экономическое обоснование целесообразности замены существующей системы аэрации 
Темой работы является совершенствование биологических очистных сооружений нефтеперерабатывающего завода производительностью 60 тыс. м³/сут. В ходе работы выполнен расчёт основных технологических параметров процесса очистки. На основании технологического расчёта определены размеры и конструкции аппаратов, подобрано необходимое оборудование. 
 
Основным аппаратом на станции биологической очистки является аэротенк-вытеснитель. Для снижения БПК в сточной воде с 300 до 8 мгБПК/л, целесообразно применять трёхсекционный трёхкоридорный аэротенк с 33%-ной регенерацией. 
 
В России наиболее распространённым типом мелкопузырчатого аэратора являются фильтросные пластины и трубы, изготовляемые из пористого стекловидного материала. Основным их недостатком является то, что при снятии давления воздуха в эти элементы аэрации заходит сточная вода, забивая поры при следующей подаче давления. Затем биомасса начинает размножаться, полностью забивая поры. Элемент аэрации теряет до 70% своей эффективности. Срок службы таких элементов аэрации составляет не более 3-х – 5-ти лет, и это с ежегодными прочистками и дорогостоящими ремонтами. 
 
В данной работе предлагается использование более эффективных аэраторов мембранного типа – "ФОРТЕКС АМЕ – Т 370". Мембранные элементы являются наиболее подходящими для систем с прерывистой подачей воздуха, например, для систем одновременной нитрификации и денитрификации. Специально перфорированная мембрана из синтетического каучука работает как обратный клапан, что предотвращает обрастание пор биоплёнкой. В последнее время мембранные элементы применяются и в аэрационных системах с постоянной подачей воздуха. Данные аэраторы обеспечат более эффективную очистку сточных вод при минимальных затратах электроэнергии. Сборка системы аэрации проводится без дополнительных муфт, простым свинчиванием аэраторов между собой и последующей фиксацией, что позволяет произвести реконструкцию системы аэрации в предельно короткие сроки. 
 
Преимуществом данных аэрационных элементов является: 
 
· Высокая окислительная мощность; 
 
· Высокая доля используемого кислорода; 
 
· Низкие потери давления; 
 
· Простая конструкция элементов; 
 
· Возможность простой и быстрой замены мембраны или целого элемента; 
 
· Высокая устойчивость к засорению; 
 
· Экономия электроэнергии.