Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Нефтезагрязненные сточные водьіі источники образования, методы очистки 8
1.1. Проблемы водных ресурсов Республики Казахстан. 8
1.2. Проблемы охраны окружающей среды возникшие с развитием нефтяной промышленности в Республике Казахстан 12.
Проблемы очистки нефтезагрязненных сточных вод НПЗ: 15
Источники образования сточных вод процессов,нефтепереработки 20
Состав и.свойства сточных вод процессов нефтепереработки . 24г
1.6. Анализ эффективности использования методов в системе очистки сточных водІШІЗІ... 27
1.6.1. Характеристика основных методов очистки сточных вод 27
1.6.2. Использование метода коалесценцин при очистке сточных вод 29
1.6.3: Использование методов коагуляции и флокуляции при очистке сточных вод31
1.6.4. Очистка нефтезагрязненных сточных вод флотацией 37
1.6.5. Адсорбционная очистка и доочистка сточных вод 40
1.6:6. Характеристики работы фильтров доочистки 48
1.6.7. Особенности процессов использования водорослей для очистки сточных вод50
117. Выводы: Цели и задачи исследования 54)
ЕЛАВА 2. Объекты и методы исследования! состава физико-химических свойств нефтезагрязненнък сточных вод . 55
211. Объект исследование 55
2.1.1. Характеристика очистных сооружений ШНПЗ 55
2.2L Методики используемые в работе для мониторинга сточных вод 58
2.2.1. Определение индивидуальных и интегральных показателей загрязнений сточных вод 64
2.2.2. Определение концеїпрации тяжелых металлов в сточных водах 76
Анализ работы системы водопотребления . 811
Анализ водопотребления технологических установок и источников образования нефтезагрязненных сточных вод
3:1.1. Установка обессоливания и обезвоживания нефти и атмосферной перегонки ЭЛОУ-АТ 84
3.1.2. Установка каталитического риформинга 86
3.1.3. Установка гидродепарафинизации дизельного топлива и керосина.86
3.1.4. Газофракционирующая установка (ГФУ) 87
3.1.5. Установка вакуумной перегонки (УВПМ) 88
3.1.6. Установка лёгкого термического крекинга. Висбрекинг
3.1.7. Установка по производству серы (УПС) и блок регенерации моноэтаноламина (МЭА) 90
3.1.8. Сливно-наливная эстакада 90
3.21 Система канализирования сточных.вод ШНПЗ 92
3;3: Характеристика работы очистных сооружений ШНПЗ 96
3.41 Расчет экологической допустимости сброса очищенных сточных вод в окружающую среду 108
3.5. Выводы .114
ГЛАВА 4. Разработка технологий и методов оптимизацииработы очистных сооружений ШНП 115
4.1. Исследование процесса очистки сточных вод на моделшфлотатора с
использованием коагулянтов и флокулянтов 115
4.1.1. Определение оптимальных параметров процесса коагуляции 118
4.1.2. Определение оптимальных параметров процесса флокуляции 121
4.1.3: Проблемы образования шламов коагуляции и флокуляции 126
4.1.4. Технологическая схема обработки сточных вод флотацией с добавками флокулянта 128 4.1.5. Выводы 130
4.2. Разработка технологии адсорбционной доочистки сточных вод НПЗ от растворенных органических и минеральных примесей 131s
4.2.1. Исследование процесса доочистки сточных вод на адсорбентах различной природы 134
4!З..Фильтры адсорбционной доочистки 144
4.3.1. Расчет фильтров адсорбционной доочистки 144
4.3:2. Исследование условий регенерации фильтра 150
4.3:3. Опытно-промышленное испытание комбинированного фильтра адсорбера в блоке доочистки ШНПЗ 152
414: Изучение очистки сточных вод за счет процессов самоочищения в биопрудах перед сбросом в окружающую среду 154
4.4.1. Изучение влияния водорослей Chlorella vulgaris BIN на очистку сточных вод ШНПЗ 154
4.4.2. Испытание водорослей на буферных прудах ШНПЗ 157
4.5. Реализация технологических решений в системе очистки нефтезагрязненных сточных вод на ШНПЗ 159
Выводы 166
Список использованной литературы
- Состав и.свойства сточных вод процессов нефтепереработки
- Характеристика очистных сооружений ШНПЗ
- Определение оптимальных параметров процесса флокуляции
- Изучение влияния водорослей Chlorella vulgaris BIN на очистку сточных вод ШНПЗ
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время экология становится стратегической отраслью, влияющей на все сферы политического и экономического благополучия государства. От экологической ситуации зависят огромные природные богатства Казахстана, качество, здоровье и продолжительность жизни населения, будущее страны.
Предприятия нефтехимического комплекса являются крупнейшими загрязнителями окружающей среды и, в том числе, водоемов на территории Казахстана. Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов отличаются разнообразием вредных, токсичных веществ, таких как нефтепродукты, фенолы, сульфиды, которые, попадая в водоемы, наносят большой ущерб природе и населению, оказывая влияние даже на социальную сторону жизни.
Нефтепродукты представляют наибольшую токсикологическую опасность для водных экосистем Казахстана. В зависимости от состава нефтепродуктов и времени контакта с водой их водорастворимая и коллоидная фракции (состоящие на 90 % из ароматических углеводородов) обнаруживаются в водоемах в концентрациях 0,5-40 мг/л.
Для очистки нефтезагрязненных сточных вод от растворенных и коллоидных примесей на нефтеперерабатывающих заводах применяют отстаивание, флотацию, биологические методы. Однако не всегда эти процессы позволяют очистить воды до нормативных значений, работают не в оптимальных режимах, не используются новые реагенты, материалы и технологии водоочистки, что не позволяет осуществить на предприятиях принципы рационального водопользования. Разработка и применение новых технологий, увеличение эффективности очистки сточных вод НПЗ от растворимых и дисперсных органических загрязнений в этих условиях весьма актуальны.
Диссертационная работа выполнена в рамках и соответствии с «Концепцией экологической безопасности на 2004-2015 годы Республики Казахстан» одобренной указом Президента Республики Казахстан № 1241 от 3 декабря 2003 года, в которой отмечается, что в 2004-2015 годы одна из
4 важнейших национальных экологических задач Казахстана - решение проблем, связанных с истощением и загрязнением водных ресурсов Республики.
Цель и задачи работы. Цель исследований состояла в повышении эффективности очистки сточных вод нефтепереработки за счет использования новых реагентов, материалов и технологий. Для реализации поставленной цели потребовалось решение комплекса взаимосвязанных задач:
-
Изучить системы водопотребления и водоотведения нефтеперерабатывающего завода, определить состав сточных вод, проанализировать источники загрязнения производственных вод токсичными примесями.
-
Провести мониторинг и технологический анализ работы очистных сооружений НПЗ и анализ соответствия нормам сброса сточных вод в окружающую среду.
-
На основе теоретических и экспериментальных данных разработать способы повышения эффективности очистки сточных вод НПЗ с использованием современных реагентов и материалов: флокулянтов, адсорбентов, полимеров.
-
Изучить влияние микроводорослей на состав сточных вод в биологических прудах и разработать на основе полученных данных технологию доочистки сточных вод НПЗ, позволяющую осуществлять сброс очищенных стоков в пределах допустимых воздействий на окружающую среду.
Научная новизна. В результате мониторинга водных потоков ШНПЗ показано, что наиболее чувствительным природно-технологическим объектом является пруд-испаритель, уровень концентраций загрязнений в донных отложениях и прилегающих территориях растет пропорционально объемам сбрасываемой воды, что представляет потенциальную опасность для существующих экосистем. Выявлена неполнота программы химического мониторинга сточных вод НПЗ, необходимость контроля содержания тяжелых металлов, показано, что нормы сброса должны учитывать эффект накопления примесей в пруду-испарителе.
Теоретически обоснованы и подтверждены экспериментальными результатами оптимальные условия (расход флокулянта, значений рН, кинетика седиментации шламов) очистки сточных вод НПЗ во флотационном процессе с
5 применением полиэлектролита Praestol 853. Проведенная оценка влияния флокулянтов различного генезиса на дисперсные системы, образующиеся при флотации, показала, что введение флокулянтов вместо коагулянтов обеспечивает образование систем с низкой дисперсностью и большим размером частиц, а флокулянт Praestol 853 при низких концентрациях (до 5,0 мг/л) обеспечивает необходимые параметры очистки.
Определены сорбционные характеристики ряда природных адсорбентов на основе углей и алюмосиликатных минералов, получены кинетические зависимости сорбции, рассчитана эффективность материалов при извлечении нефтепродуктов и окисляемых компонентов из водных сред.
Впервые определены фильтрационные свойства фторопласта-4 для сточных вод различного уровня загрязненности нефтепродуктами. Показано, что высокая гидрофобность и низкое поверхностное натяжение смачивания фторопласта вызывают коалесцирующий эффект нефтяной дисперсии при контакте загрязненной воды с поверхностью слоя зернистой загрузки.
Научно обоснованы и экспериментально подтверждены преимущества использования водорослей СЫогеПа vulgaris BIN не только в природных и искусственных водоемах, но и в системе очистных сооружений НПЗ для снижения концентрации биогенных элементов, нефтепродуктов и взвешенных веществ в буферных прудах перед выпуском сточных вод в окружающую среду.
Практическая значимость. Предложена и апробирована расширенная программа мониторинга сточных вод, позволяющая оценить токсичность сточных вод ШНПЗ.
Результаты исследований и предложения по модернизации очистных сооружений Шымкентского НПЗ приняты к опытно-промышленному испытанию и внедрению при реконструкции очистных сооружений завода, включая замену минерального коагулянта на синтетический флокулянт при флотации, использование фильтра-адсорбера с комбинированной загрузкой в процессе доочистки воды.
Практика использования водорослей штамма Chlorella vulgaris BIN может быть внедрена на других предприятиях нефтегазовой отрасли, использующих биологические пруды в системе очистных сооружений.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались на международных и республиканских научно-технических конференциях: VII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2007); II Международной научно-практической конференции «Новые технологии в решении экологических проблем ТЭК» (Москва, 2007); V Международный конгресс по управлению отходами и природоохранными технологиями ВейстТэк-2007 (Москва, 2007); Международной научно-технической конференции «Инновационные пути развития нефтегазовой отрасли Республики Казахстан» (Алмати, 2007); VIII Международный конгресс «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК-2008» (Москва, 2008); IV Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия» (Москва, 2008); IV Международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (Москва, 2008); XIII Международной экологической конференции «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии XXI века» (Москва, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе, 3 статьи в научно-технических журналах и сборниках, 8 тезисов докладов на научно-технических конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 188 страниц состоит из введения, 4 глав, содержит 36 таблиц, 46 рисунков и 2 приложения. Список литературы включает 179 наименований отечественных и зарубежных авторов. В приложении приведены акты об испытаниях разработанных технологий.
Состав и.свойства сточных вод процессов нефтепереработки
С развитием нефтегазового комплекса связывается новый этап развития Казахстана, имеющего уникальные запасы углеводородов. Нефтегазовая отрасль республики по промышленной специализации, подразделяется на четыре основные подотрасли: нефтедобывающую и нефтеперерабатывающую, газодобывающую и газоперерабатывающую.
Нефтегазовые месторождения Республики Казахстан рассредоточены в нескольких областях: Атырауской, Мангистауской, Актюбинской, Западно-Казахстанской, Кызылординской и Жезказ ганской областях. Основным центром нефтедобывающей промышленности республики является Западный Казахстан. На территории Атырауской и Мангистауской областей находятся более 70% месторождений, содержащих промышленные запасы нефти [8].
С ростом объемов нефтедобычи, наращиванием мощностей нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, предприятия нефтехимического комплекса стали крупнейшими загрязнителями окружающей среды на территории РК. Техногенные чрезвычайные ситуации на данных объектах происходят периодически и наносят значительный экологический ущерб в-результате масштабного загрязнения поверхностных и подземных вод, почв, атмосферного воздуха, сопровождаются гибелью животных и растений, деградацией экосистем [9]. В последнее десятилетие число крупных НПЗ постоянно растет в странах, добывающих нефть, а также в Казахстане. В настоящее время три нефтеперерабатывающих завода (НПЗ) Казахстана — Атырауский, Павлодарский и Шымкентский — способны переработать немногим менее 25% добываемой в стране нефти [10]. Таблица 1:3 Динамика производственных показателейнефтеперерабатывающих предприятий Республики Казахстан [11] Показатели АНПЗ(Атыраускийнефтеперерабатывающий завод) ПНПЗ(Павлодарскийнефтеперерабатывающий завод) ШНПЗ(Шымкентскийнефтеперерабатывающий завод) 2003 г.
Как видно из представленных в таблице 1.3 данных, загруженность по ПНПЗ,составила в 2003 - 31,5%; в 2004 году - 34%; в 2005 году - 49,3%. Те же проблемы касаются ШНПЗ, но в последнее время загрузка ШНПЗ. обеспечивается месторождениями Кумкольской группы, поэтому заметно увеличение загрузки ШНПЗ в 2005 году - 65%) против 39%) в 2004 году, 43,6% в 2003 году. Мощности же АНПЗ были рассчитаны на переработку нефти западного региона, т.е. местных, поэтому в сравнении с двумя вышеуказанными заводами загрузка АНПЗ выше: в 2003 году - 50%; в 2004 году - 53%; 2005 году - 71,41%.
На- ШНПЗ перерабатываются легкие нефти в основном Кумкольского месторождения низкосмолистые, высокопарафинистые, малосернистые. Пластовые воды характеризуются высокой степенью минерализации (сухой остаток 1100-2200 мг/л) сульфатно-хлоридного магниево-кальциевого состава (хлоридов 170-766, сульфатов 267-975, кальция до 160 и магния 130 мг/л) [12].
С экологической точки зрения важным фактором загрязнения вод и территорий является состав перерабатываемой нефти. Рассмотрим токсичность примесей сточных вод НПЗ, попадающих в них из перерабатываемой нефти и используемых в процессах реагентов.
Нефть и нефтепродукты относятся к числу наиболее распространённых и опасных загрязняющих веществ природных вод. Помимо углеводородов- в нефти находятся кислород-, серо- и азотсодержащие соединения. Основными источниками поступления в окружающую среду нефти и нефтепродуктов остаются нефтезагрязненные сточные воды - неидентифицированная группа углеводородов нефти, мазута, керосина, масел и их примесей, которые вследствие их высокой токсичности принадлежат к числу наиболее опасных загрязнителей окружающей среды [13, 14].
Загрязнение водоемов нефтью ведет к уменьшению растворенного в воде кислорода, расходующегося на окисление органических веществ, а наличие на поверхности воды нефтяной плёнки резко снижает способность водоёмов к самоочищению. Только 1 л разлитой нефти лишает кислорода примерно 40 тыс. литров воды, а тонна нефти может загрязнить 12 км" водной поверхности [15].
При поступлении в водный объект происходит перераспределение основных форм миграции нефтепродуктов, которые могут находиться в пленочном, капельном, коллоидном, эмульгированном и растворенном состояниях. Нефтепродукты, обладая малой растворимостью в воде, разлагаются естественным образом крайне медленно. Имея низкую плотность, нефтепродукты образуют на водной поверхности пленку, препятствующую растворению в воде атмосферного кислорода. Кроме того, нефтепродукты оказывают и непосредственное токсическое воздействие на водные организмы: закупоривают клеточные мембраны, через которые осуществляются все процессы метаболизма. При смешении с водой нефтепродукты способны переходить в высоко эмульгированное состояние, что приводит к росту их концентрации в стоках до 20-100 мг/л, в то время как допустимые к сбросу концентрации не превышают 0,3-4 мг/л [16, 17].
Исследования [18] свидетельствуют, что попадание нефти в воду приводит к формированию специфического состава водорастворенной, органики, многие компоненты которой представляют большую экологическую опасность, чем углеводородные соединения. При исследовании органического загрязнения гидросферы в районах нефтепереработки и нефтедобычи должны изучаться не только интегральные показатели, а весь состав аквабитумоидов, что позволит однозначно выделять нефтяную составляющую этого загрязнения и оценивать его экологическую опасность.
Токсичность нефтепродуктов и выделяющихся газов определяется сочетанием углеводородов, входящих в их состав. Попадая, на ландшафтные комплексы, углеводороды не только угнетают их, но и, подхваченные ливневыми, талыми и паводковыми водами, стекают в поверхностную гидросеть, угнетая водную среду обитания. В силу трофической связи человек мгновенно интегрируется в цепь потребления, переработки и накопления в организме вредных веществ, попадающих через воздух или гидросеть. Углеводороды влияют и на сердечно-сосудистую систему, а также на гемолитические показатели крови. Возможны поражения печени, нарушения в эндокринном аппарате организма. [19, 20].
Характеристика очистных сооружений ШНПЗ
Очистка нефтезагрязненных сточных вод флотацией Флотация - один из видов адсорбционно-пузырькового разделения, основанный на формировании всплывающих агломератов загрязнений с диспергированной газовой фазой и последующим их отделением в виде концентрированного пенного продукта, флотошлама.
Флотационная очистка сточных вод технологически и экономически эффективна при извлечении примесей, обладающих природной гидрофобностью (нефть, нефтепродукты, углеводородные жидкости, жиры, мыла, синтетические моющие средства и др.). При отсутствии природной гидрофобности у примесей сточных вод флотация возможна лишь с применением специальных флотореагентов, регулирующих степень гидрофобности поверхностей извлекаемых частиц [79, 80]. Эффективность флотационной очистки сточных вод и ее технико-экономические показатели зависят от правильности выбора вида флотационного сооружения. Определяющим критерием являются возможность и условия формирования в очищаемой воде устойчивого флотокомплекса, который может быть трех типов [49]. Первый тип образуется в результате столкновений дисперсных частиц загрязнений (твердых или жидких) с движущимися пузырьками воздуха или другого газа. Второй тип наблюдается при выделении газа из обрабатываемой воды в условиях уменьшения его растворимости. Некоторые органические вещества в сточных водах проявляют сорбционные свойства на границе раздела фаз "вода-газ", и контакт всплывающих пузырьков газа с такими; веществами приводит к образованию на их поверхности адсорбционного слоя, формируя третий тип флотокомплексов.
Выбор типа схемы осуществляют на основании анализа структурно-механических свойств флотокомплекса и необходимой эффективности очистки воды. Все типы флотационных сооружений содержат ряд общих конструктивных элементов [81, 82].
Автором работы [83] разработаны теоретические положения и создан способ флотационной очистки на основе теории движения потоков газовой фазы в сплошной среде (с применением интенсификации вихревого движения воздушно-водяной смеси и с применением флотационного аэратора новой конструкции), а также получены зависимости эффекта, очистки от гидродинамических и аэродинамических параметров.
В работе [84] разработан способ электрофлотации, при котором происходит разделение газообразных продуктов электролиза. Водород используется в качестве флотирующего агента, кислород - в качестве окислителя, который в присутствии катализатора очищает воду от растворенных органических веществ.
Авторы статьи [85] разработали эффективную технологию флотационной очистки с применением реактора-сепаратора (PC), при использовании которой достигаются устойчивые показатели очистки при значительных колебаниях содержания нефтепродуктов и взвешенных веществ в сточных водах. Из результатов исследований видно, что при увеличении коэффициента циркуляции более чем в 2 раза, степень очистки от нефтепродуктов составила 95-99 %, от взвешенных веществ — 93- 99 %. За две стадии флотации в PC содержание нефтепродуктов в промстоках МНПЗ снижалось с 11,1-108,0 до 1,6-2,5 мг/л, что в 4-8 раз ниже, чем при применении напорных флотаторов (10-20 мг/л).
В работе [86] был изучен процесс флотации с диспергированием воздуха через микропористые мембраны (для этого нового метода очистки предложен термин - мембранная флотация), а также очистка от тяжелых металлов на серийно производимых мембранных модулях нанофильтрации и низконапорных - обратного осмоса. Для исследования эффективности флотационной очистки автором сконструирован и изготовлен опытный образец комбинированного флотационного аппарата для очистки сточных вод, сочетающего мембранную флотацию и электрофлотацию.
В работе автора [87] предложена технология глубокой очистки сточных вод реагентной напорной флотацией с использованием гидродинамической кавитации на базе установки ЦНИИ-5, обеспечивающая предотвращение загрязнения природной среды. Установлены физико-химические условия наиболее полного выделения красителей и нефтепродуктов при коагуляции. Предложены эмпирические уравнения для количественной оценки глубокой очистки сточных вод от нефтепродуктов за счет кавитационного воздействия при подаче на вход насоса воздуха.
Определение оптимальных параметров процесса флокуляции
Определение кониентуаиии нитритов в сточных водах [149] основано на способности нитритов диазотировать сульфаниловую кислоту и на образовании красно-фиолетового красителя диазосоединения с 1-нафтиламином. Интенсивность окраски, пропорциональная содержанию нитритов, измерялся на фотометре Эксперт-003, при длине волны А,=525 нм.
Для определения концентрации нитритов строили градуировочный график зависимости оптической плотности раствора от концентрации, рис. 2.8.
Нижний предел обнаружения 0,003 мг/л нитритов. Относительная ошибка определения ±5%, AC=[2(Cmax-Cmin)/ (Стах+Стіп)]-100 = ДС=±0,02 . Градуировочный график для определения нитритов Определение концентрации нитратов в сточных водах [150] осуществляется колориметрическим методом, основанном на реакции нитратов с салициловокислым натрием, в присутствии серной кислоты, с образованием соли нитросалициловой кислоты, окрашенной в желтый цвет. Оптическую плотность измеряли на приборе - фотометр Эксперт-003 при длине волны А,=430 нм. Для определения концентрации нитратов строили градуировочный график зависимости оптической плотности раствора от концентрации, рис. 2.9. Чувствительность метода 0,1 мг/л нитратного азота. AG=[2(Cmax-Cmin)/ (Cmax+Cmin)]-100 AC=±0,9 4 6 8 Концентрация нитратов, Створ., мг/л
Определение концентрации азота аммонийного в сточных водах [151] основано на способности аммиака и ионов аммония образовывать окрашенное в желто-коричневый цвет соединение с реактивом Несслера. Интенсивность оіфаски раствора, пропорциональная массовой концентрации аммиака и ионов аммония, измеряли на приборе Эксперт-003, при длине волны А,=430 нм.
Для определения концентрации азота аммонийного строили градуировочный график зависимости оптической плотности раствора (D) от концентрации, рис. 2.10.
Нижний предел обнаружения 0,05 мг/л NHt+. Относительная ошибка определения ±5%, АС=[2(Стах-СгшП)/ (Cmax+Cmin)]-100 = АС=±0,07 0,7 0,5 1 1,5 Концентрация ионов аммония, Стеор., мг/л Рис.2.10. Градуировочный график для определения аммония Определение концентрации хлоридов в сточных водах [152] основано в известной реакции взаимодействия хлорид-иона с добавленными ионами серебра с образованием нерастворимого осадка (метод Мора). Концентрацию хлорида (Сс/) в мг/л, рассчитывали по уравнению: (Vs-VB)-c-f г VA где, VA - объем пробы для анализа, мл; (VA= 20 мл); VB - объем раствора нитрата серебра, использованного для титрования в холостом определении, мл; (VB = 0,2 мл); Vs - объем раствора нитрата серебра, использованного для титрования пробы, мл; с - фактическая концентрация, выраженная в молях AgNCb на л раствора нитрата серебра; f— коэффициент, равный 35453 мг/моль. Нижний предел обнаружения 5 мг/л СГ. Вариационный коэффициент повторяемости составил 1,7; 0,6; 0,6 %, а возпроизводимости - 4,5; 1,2; 1,2 %. AC=[2(Cmax-Cmin)/(Cmax+Cmin)]-100 = ДС=±3. Определение концентрации натрия и калия е сточных водах [153] основано в измерении величины характерного излучения калия и натрия в пламени методом пламенной эмиссионной спектрометрии, на приборе фотометр фотоэлектрический пламенный ПФМ.
Для определения концентрации натрия и калия строили градуировочные графики зависимости оптической плотности раствора (D) от концентрации, рис. 2.11и2.12. Нижний предел определения метода менее 0,1 мг/л. AC=[2(Cmax-Cmin)/ Концентрация натрия, Стеор., ыг1п Рис.2.11. Градуировочный график для определения содержания натрия Концентрация калия, Стеор., мг/л Рис.2.12. Градуировочный график для определения содержания калия (Сщах+СшйОЗ-ІОО АС О,?. Определение концентрации ортофосфатов в сточных водах [154, 155] основано на кислотном гидролизе в сернокислом растворе полифосфатов, в результате чего они переходят в растворенные ортофосфаты.
Концентрацию ортофосфатов в анализируемой воде определяли измеряя оптические плотности окрашенных проб с помощью фотометра Эксперт-003, при длине волны А,=655 нм. Для определения концентрации ортофосфатов строили градуировочный график зависимости оптической плотности раствора (D) от концентрации, рис. 2.13. Чувствительность метода составляет - 0,01 мг/л. AC=[2(Cmax-Cmin)/ (Сшах+СпшОЗ-ЮО = АС=±0,21 3.5 Концентрация ортофосфатов, Стеор., мг/л
Определение концентрации тяжелых металлов в сточных водах Определение концентрации железа в сточных водах [156, 157] основано на способности катиона железа (2) в интервале рН 3-9 образовывать с орто-фенантролином комплексное оранжево-красное соединение. Реакцию можно представить схемой: + Fe» При наличии в воде железа (3) оно восстанавливается до железа (2) солянокислым гидроксиламином в нейтральной или слабокислой среде по реакции: Fe3+ + 2NH2OH-HCl = Fe2+ + 2Н20+2НС1+2Н+
Таким образом, определяется суммарное содержание железа (2) и железа (3). Анализ проводили в ацетатном буферном растворе при рН=4,5-4,7. Концентрацию железа в анализируемой воде определяли измеряя оптические плотности окрашенных проб с помощью фотометра Эксперт-003, при длине волны А,=525 нм.
Для определения концентрации железа строили градуировочный график зависимости оптической плотности раствора (D) от концентрации, рис. 2.14.
Концентрация общего железа, Стеор., мг/л Рис.2.14. Градуировочный график для определения общего железа Определение концентрации алюминия в сточных водах [158, 159] основано на способности катиона алюминия (А13+) образовывать с алюминоном оранжево-красное комплексное соединение. Концентрацию алюминия в анализируемой воде определяли измеряя оптические плотности окрашенных проб с помощью фотометра Эксперт-003, при длине волны А,=525 нм. Для определения концентрации алюминия строили градуировочный график зависимости оптической плотности раствора от концентрации, рис. 2.15. Погрешность определения 8=25 %, при концентрации С=0,15-=-0Д мг/л, погрешность 8=10 %, при концентрации С=0,2 мг/л. Предел обнаружения алюминия составляет 0,02 мг/л.
Изучение влияния водорослей Chlorella vulgaris BIN на очистку сточных вод ШНПЗ
Эффективность работы биологических прудов в большой степени зависит от температуры воды. Летом, несмотря на увеличение интенсивности биохимического процесса, при бурном развитии биоценоза трудно получить БПК в выходящей воде меньше 5 мг/л. Зимой, поскольку затухает развитие биоценоза, при достаточном объеме пруда выходящая из него вода может иметь БПК, меньше, чем летом. Показатели качества воды после буферных прудов представлены в таблице 3.11, из которой видно, что состав очищенной воды не соответствует нормам сброса в окружающую среду. Очищенная сточная вода после буферных прудов поступает в Акдалинский пруд-испаритель.
Акдалинский пруд-испаритель, под который отведен земельный.участок площадью 500 га, расположен на территории Арысского района в урочище Акдала, в 96 км от ШНПЗ.
Производственные сточные воды от промплощадки ШНПЗ подаются по трубопроводу в пруд-испаритель, в котором борта урочища служат естественным левым и правым берегом, а на выходе построена искусственная плотина высотой от 2 до 3,4 м с каменной засыпкой, длиной 3,7 км. Пруд-испаритель введен в действие в 1982 г., т. е. фактический, срок эксплуатации составляет 24 года. В пруду-испарителе происходят процессы испарения и фильтрации: в летние месяцы значительная часть сточных вод ] испаряется, в остальное время года испарение уменьшается, и преобладают процессы инфильтрации воды в подземные горизонты. Глубина пруда-испарителя 0,5-2 м, площадь поверхности водного зеркала непостоянна и может изменяться в зависимости от поступления сточных вод и атмосферных осадков. В летнее время в результате интенсивного испарения площадь зеркала уменьшается; весной при повышении температуры запасы воды в пруду пополняются» талыми водами, стекающими со склонов и с верховьев суходола.
Поступление атмосферных осадков, исходя из площади питания испарителя осадками 50-55 км , при среднегодовом количестве дождей 150-180 104 мм и высоте снежного покрова 10-16 см (что равно 25-65 мм запаса воды в снеге) составляет от 9 до 12 млн. м /год. При величине испарения 1100-1300 мм/год с поверхности пруда-испарителя в атмосферу переходит от 11 до 13 млн. м /год паров воды.
Основное назначение пруда-испарителя - разрушение нефтепродуктов химическим окислением и биогенным разложением. В условиях свободного доступа кислорода, под влиянием фотохимического действия солнечного света деградация содержащихся в воде нефтяных компонентов, обычно протекает достаточно быстро. Акдалинский пруд-испаритель в географическом плане расположен в зоне наиболее активного разрушения нефтепродуктов (сильная солнечная-радиация, преобладание сильных ветров, высокая среднегодовая температура и т.д.) и поэтому все физико-химические процессы деградации нефтепродуктов происходят здесь.намного быстрее.
Эксплуатационные параметры пруда-испарителя устанавливаются исходя из расчета его водного баланса с учетом потерь воды на испарение и фильтрацию. В основу этого расчета положены данные инженерно-геологических изысканий, проведенных в 1996 г. ОАО «Шымкентгидрогеология» и данные ГКП «Гидрогеолого-мелиоративная; экспедиция» 2003 г. Согласно этим данным основные эксплуатационные характеристики пруда-испарителя следующие: площадь водного зеркала пруда - 10,3 км ; фактический объем пруда - 14,0385 млн. м , площадь питания бассейна водостока - 55 км , годовая сумма атмосферных осадков - 216,86 мм/год; норма потерь воды на испарение -1,2 м с единицы водного зеркала пруда; норма потерь воды на фильтрацию 0,2 м с единицы водного зеркала пруда. Фактический сброс сточных вод в пруд-испаритель составляет порядка 1 млн. м /год.
В работе [166] проведено обследование коллектора промышленных стоков, протяженностью 96 км, по которому сточные воды предприятия транспортируются в пруд-испаритель ШНПЗ. При объезде и визуальном осмотре коллектора выявлены факты, когда местные жители используют отработанные сточные воды на нескольких участках для полива огородов и водопоя скота частных крестьянских хозяйств. Периодически происходят сбросы сточных вод из коллектора на рельеф, в результате чего размыт плодородный слой почвы и произошло загрязнение земель на участках. Пробы воды и почвы, отобранные на местности, были подвергнуты химическому анализу, результаты которого подтверждают принадлежность сброшенных стоков ШНПЗ. При обследовании пруда-испарителя обнаружено, что объемы сточной воды, поступающей в пруд, не соответствует объемам сбросов с буферных прудов очистных сооружений на промплощадке ШНПЗ. По предварительным расчетам определено, что объемы потерь промстоков при транспортировке по коллектору в пруд-испаритель составляют около 30% от общего объема стоков ШНПЗ.
Таким образом, стоки, направленные в пруд-испаритель, могут просачиваться в подземные воды и почвы, загрязняя их токсичными примесями, поэтому необходимо очищать воду в буферных прудах до качества сброса в окружающую среду.
Анализ результатов исследования состава сточных вод на ШНПЗ (таблица 3.11-3.12) показал, что в основном все стадии очистки работают эффективно по определяемым стандартной программой показателям, однако были отмечены и недостатки.
Проведенные дополнительно исследования показали, что для повторного использования воды или для сброса в окружающую среду нормируется дополнительный перечень загрязнений.
Так, в очищенной воде завода значительно превышено содержание таких катионов как натрий и калий, ионов тяжелых металлов — железа, алюминия, меди, а также анионов - хлоридов, нитратов, нитритов, фосфатов.
