Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор основных технологических решений в области биохимической очистки сточных вод предприятий нефтегазового комплекса
1.1 Общая характеристика сточных вод нефтетранспортных предприятий 7
1.1.1 Источники образования нефтесодержащих сточных вод на нефтетранспортных предприятиях 7
1.1.2 Состав сточных вод нефтетранспортных предприятий 9
1.2 Общая характеристика сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий 10
1.2.1 Сточные воды установок перегонки нефти 13
1.2.2 Сточные воды установок изомеризации углеводородов 14
1.2.3 Сточные воды установок пиролиза 14
1.2.4 Сточные воды установок крекинга 14
1.2.5 Сточные воды установок каталитического риформинга 15
1.2.6 Сточные воды установок алкилирования углеводородов 16
1.2.7 Сточные воды установок карбамидной депарафинизации дизельных топлив 16
1.2.8 Сточные воды коксохимических установок 17
1.2.9 Сточные воды газофракционирующих установок 17
1.3 Характеристика и биохимическая очистка сточных вод газотранспортных предприятий 18
1.4 Очистка сточных вод нефтетранспортных предприятий 21
1.5 Биохимическая очистка сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий 21
1.6 Особенности состава нефтесодержащих сточных вод 25
1.7 Взаимосвязь химической структуры углеводородов и их биохимического окисления 26
1.8 Проблемы, возникающие при эксплуатации биологических очистных сооружений 28
1.9 Способы модернизации аэрационных сооружений биологической очистки сточных вод нефтетранспортных и нефтеперерабатывающих предприятий 30
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследований
2.1 Компонентный состав нефти и продуктов её первичной и вторичной переработки 36
2.2 Последовательность проведения исследований биохимического окисления нефти и нефтепродуктов 38
2.3 Проведение исследований по интенсификации процессов биохимического окисления нефтепродуктов и соединений аммонийного азота 42
ГЛАВА 3. Исследование динамики биохимической деструкции нефтепродуктов в аэрационных сооружениях
3.1 Влияние компонентного состава и концентрации нефтепродуктов на физиологическое состояние микроорганизмов 46
3.2 Влияние температуры нефтесодержащих сточных вод на физиологические показатели активного ила 51
3.3 Изучение закономерностей процесса биологической очистки нефтесодержащих сточных вод 53
Выводы к третьей главе 64
ГЛАВА 4. Интенсификация процессов очистки сточных вод с использованием технологии воздействия электростатического поля
4.1 Исследование влияния технологии воздействия электростатического поля на нефтесодержащие сточные воды 66
4.1.1 Влияние исходной концентрации нефтепродуктов и их компонентного состава на эффективность очистки сточных вод под воздействием электростатического поля 66
4.1.2 Механизм удаления нефтепродуктов из сточных вод с использованием технологии воздействия электростатического поля 72
4.1.3 Влияние технологии электростатического воздействия на сточные воды нефтеперерабатывающего предприятия 78
4.1.4 Влияние технологии электростатического воздействия на производственно-дождевые стоки газотранспортного предприятия 82
4.2 Влияние времени электростатической обработки нефтесодержащих сточных вод на физиологическое состояние биоценоза аэрационных сооружений...83
4.3 Исследование процессов биологической очистки с предварительной электростатической обработкой нефтесодержащих сточных вод 86
4.3.1 Влияние технологии воздействия электростатического поля на эффективность биологической очистки сточных вод нефтеперерабатывающего предприятия 87
4.3.2 Изучение процессов биологической очистки после предварительной электростатической обработки модельных вод, содержащих модифицированные нефтепродукты 94
4.4. Исследование влияния технологии воздействия электростатического поля
на хозяйственно-бытовые сточные воды 100
4.4.1 Влияние электростатического поля на эффективность удаления органических соединений и аммонийного азота 100
4.4.2 Механизм удаления аммонийного азота из сточных вод под воздействием электростатического поля 103
Выводы к четвёртой главе 105
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 107
- Источники образования нефтесодержащих сточных вод на нефтетранспортных предприятиях
- Последовательность проведения исследований биохимического окисления нефти и нефтепродуктов
- Влияние компонентного состава и концентрации нефтепродуктов на физиологическое состояние микроорганизмов
Введение к работе
Ежегодно в мировой океан сбрасывается около 10 млн. т нефти и нефтепродуктов, больше половины которых поступает с промышленными сточными водами нефтеперерабатывающих предприятий [2]. Интеграция России в Европейское сообщество привела к необходимости внедрения в производство более экологически чистых видов топлив. Отказ от этилирования влечёт за собой проблемы, связанные с получением требуемого октанового числа бензина [6,10]. Обеспечение прогнозируемого качества нефтепродуктов возможно за счет повышения доли содержания в них продуктов вторичных процессов переработки нефти[2,6]. Эти технические внедрения приводят к изменению компонентного и фракционного состава нефтепродуктов, в результате чего происходит повышение растворимости в воде моторных топлив.
В настоящее время эффективность удаления эмульгированных и, особенно, растворимых нефтепродуктов на сооружениях механической и физико-химической очистки не превышает 70% [18, 24]. Поэтому большая часть углеводородных компонентов данного дисперсионного состава поступает на сооружения биологической очистки. Высокооктановые компоненты бензиновых фракций, получаемых вторичными процессами переработки нефти, а так же дистилляты вторичного происхождения в дизельных фракциях способны ингибировать жизнедеятельность биоценоза, делая малоэффективной работу последующих стадий биологической очистки. Это приводит к тому, что фактическая концентрация нефтепродуктов в очищенных сточных водах оказывается в десятки раз выше предельно допустимых значений [52, 57].
В 60-90 годы XX века много научных публикаций было посвящено исследованиям биохимического окисления углеводородов и нефтепродуктов, рассматривались возможные методы интенсификации биологической очистки нефтесодержащих сточных вод. Наиболее известны работы Карелина Я.А., Поруцкого Г.В., Яковлева СВ., Пономарёва В.Г., Шеер Н.Г., Франсуа Берне.
Однако существующие на промышленных предприятиях традиционные технологии очистки нефтесодержащих сточных вод в новых условиях производства не позволяют достичь нормативно-допустимых значений контролируемых показателей для сброса в открытые водоёмы. Поэтому в настоящее время на нефтеперерабатывающих предприятиях существует потребность в интенсификации технологических решений биохимической очистки сточных вод, содержащих новые эколого-эффективные сорта моторных топлив.
К настоящему времени проведено большое количество исследований по влиянию различных физических полей на сточные воды. Внедрения таких технологий на производствах являются актуальными и представляют большой практический интерес [24]. В этом направлении работали Душкин С.С., Евстратов В.Н., Тебенихин Е.Ф., Сандуляк А.В., Гаращенко В.И. Одним из направлений, неизученных в этой области, является воздействие электростатического поля на различные водные системы. Исследования по влиянию электростатического поля на нефтесодержащие сточные воды позволят определить возможность интенсификации процессов биохимического окисления сточных вод и повышения технико-экономической эффективности, так как разработка новых энергосберегающих и экологически безопасных технологий при очистке нефтесодержащих сточных вод, на сегодняшний день, остаётся актуальной.
Источники образования нефтесодержащих сточных вод на нефтетранспортных предприятиях
В процессе эксплуатации на нефтетранспортных предприятиях (нефтеперекачивающие станции и нефтебазы) образуются производственные и дождевые нефтесодержащие сточные воды. Нефтесодержащие сточные воды нефтетранспортных предприятий включают [22,53]:
1) отстойные (из продуктовых резервуаров, в которых они образовывались в результате отстаивания обводненных продуктов);
2) обмывочные (после мытья бочек и цистерн подвижного состава, закрытых производственных площадей и сливоналивных эстакад);
3) загрязнённый конденсат (от паро-нагревательных устройств для тёмных нефтепродуктов);
4) воду, использованную для уплотнения сальников и охлаждения
подшипников нефтяных насосов. Отстойные воды из резервуаров сбрасываются периодически объемом 10-25 м" один раз в 10-20 суток. Содержание нефтепродуктов (кроме мазутов) в отстойных водах составляет до 8000 мг/л, взвешенных частиц до 20 мг/л, БПК до 80 мг/л, в мазутных водах соответственно до 10000,100 и 200 мг/л [22, 53].
Обмывочные сточные воды образуются в количестве 0,5-1 м3 на 1000 т грузооборота нефтебазы. Объем сточных вод от мытья (пропарки) бочек составляет - 0,2 м на бочку. Объем сточных вод от пропарки железнодорожных цистерн пропорционален пропариваемым площадям. Содержание нефтепродуктов в обмывочных водах составляет до 1000 мг/л, взвешенных веществ до 600 мг/л. В сточных водах после пропарки цистерн содержание нефтепродуктов иногда достигает 12000 мг/л, взвешенных веществ 50 мг/л [22].
Последовательность проведения исследований биохимического окисления нефти и нефтепродуктов
Первоначально исследовалось влияние нефти и нефтепродуктов на физиологическое состояние микроорганизмов активного ила. Целью исследований являлось установление интервалов значений концентраций субстрата (модифицированные моторные топлива, нефть, нефтепродукты), которым соответствовала максимальная биохимическая активность биоценоза аэрационных сооружений.
На первом этапе исследований в статических условиях проводился процесс наращивания биомассы. Активный ил адаптировался к каждой концентрации нефти и нефтепродуктов в интервале от 0,1 до 100 мг/л. В качестве биогенных элементов к модельным сточным водам добавлялся комплекс соединений [(NH4)2HP04] из расчёта 100:6:1,2 [411. Биохимическими показателями, характеризующими физиологическое состояние микроорганизмов активного ила, являлись: ферментная активность, удельная скорость окисления и значения скорости эндогенного дыхания. В тех же условиях проводились исследования по влиянию температуры модельных и производственных сточных вод, содержащих нефть и различные нефтепродукты, на удельную скорость окисления и скорость эндогенного дыхания биоценоза аэрационных сооружений. Исследования проводились в интервале температур от 7 до 32 С.
Влияние компонентного состава и концентрации нефтепродуктов на физиологическое состояние микроорганизмов
В соответствии с Постановлением правительства Москвы № 952-ПП от 28.12.2004 г. были рекомендованы новые стандарты качества моторных топлив, регламентирующие постепенный переход в период с 2006 по 2008 гг. на производство и реализацию моторных топлив, отвечающих требованиям Евро-3 [10]. Так производство неэтилированных бензинов, отвечающих данным требованиям, заключается в обеспечении норм по содержанию серы и бензола, что можно достичь путём замещения части риформата изомеризатами и алкилатами, исключением из бензиновых композиций фракций прямой перегонки, бензинов коксования и термокрекинга [2, 10]. Из принятых технологий улучшающих экологические свойства дизельных топлив являются процессы глубокой гидроочистки и деароматизации. При этом происходит насыщение предельных и ароматических углеводородов [2].
Изменение компонентного состава моторных топлив отражается на их физико-химических свойствах и, следовательно, оказывает влияние на работу аэрационных сооружений биологической очистки.
В связи с этим исследовано влияние модифицированных моторных топлив (АИ-95,-98 ЭК; ДЭК-Л), а также нефти и продуктов её переработки (керосиновая фракция, мазутный остаток), на физиологические состояние активного ила. Контролируемыми показателями являлись: ферментная активность, удельная скорость окисления и скорость эндогенного дыхания микроорганизмов. Данные показатели быстро фиксировали малейшие неблагоприятные воздействия нефтепродуктов на биоценоз активного ила. По их изменениям оценивался общий уровень биохимической активности ила. Результаты исследований представлены на рисунках 3.1,3.2,3.3.
Из представленных данных следует что анализ зависимости по влиянию бензиновой фракции на активный ил в концентрации от 5... 15 мг/л не вызывает угнетение физиологического состояния биоценоза. Значение величины скорости эндогенного дыхания и удельной скорости окисления данного субстрата, а также ферментной активности максимальны при концентрации 15...20 мг/л (рис. 3.2 и 3.3). С увеличением концентрации бензиновых фракций происходит снижение контролируемых показателей (рис. 3.1).
Это связано с тем, что вторичные процессы нефтепереработки нацелены на получение высокооктановых углеводородов, таких как 2, 2, 3 - триметилбутан, 2, 2, 4 - триметилпентан, 2, 2 - диметилбутан, четвертичные углеродные атомы которых устойчивы к биологическому окислению [59, 61]. Поэтому, помимо ароматических углеводородов и парафинов ряда C5-Cg, наличие в водной среде углеводородных молекул данной изомеризации приводит к снижению активности микроорганизмов уже при 15...20 мг/л. Следовательно, данная концентрация может быть определена как максимальная в нормативных документах для аэрационных сооружений биологической очистки.
