Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследований 9
1.1 Источники нефтяного загрязнения в различных отраслях промышленности 9
1.2 Требование к качеству сточных вод 16
1.3 Основные параметры пластовых сточных вод 20
1.4 Выбор способа очистки нефтесодержащих сточных вод 27
1.4.1 Очистка сточных вод отстаиванием 28
1.4.2 Фильтрование 36
1.4.3 Очистка сточных вод флотационными методами 40
1.4.4 Абсорбция жидкостными фильтрами 44
Выводы к главе 1 48
2 Обоснование технологии магнитной обработки сточных вод 49
2.1 Анализ опыта применения магнитной обработки 49
2.1.1 Борьба с солеотложением 50
2.1.2 Ликвидация парафиноотложений 51
2.1.3 Деэмульсация нефти 52
2.2 Аппараты магнитной обработки водонефтяных эмульсий 55
2.3 Расчет электромагнитной установки 59
2.3.1 Разрядные характеристики rlc – цепи 64
2.3.2 Устройство и принцип работы электромагнитной установки 71
Выводы к главе 2 74
3 Экспериментальные исследования воздействия магнитных полей на водонефтяные среды 75
3.1 Водонефтяные эмульсии. условия образования и классификация 75
3.1.1 Устойчивость эмульсий 77
3.2 Проведение экспериментов 80
3.2.1 Результаты измерений 86
3.3 Механизм разрушения водонефтяных эмульсий в результате магнитной обработки 91
3.3.1 Разрушение нефтяных эмульсий за счет воздействия магнитного поля на парамагнитные структуры нефти 95
3.3.2 Усиление коалесценции нефтепродуктов в воде после обработки 101
3.3.3 Изменение поверхностного натяжения 106
выводы к главе 3 116
4 Разработка двухступенчатой технологии очистки 117
Выводы к главе 4 128
5 Определение эколого-экономического эффекта от внедрения предлагаемой технологии очистки воды в производство 129
5.1 Основные экологические показатели 129
5.2 Укрупненная оценка ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения водоемов 140
Выводы к главе 5 143
Заключение 144
Список литературы 145
- Требование к качеству сточных вод
- Аппараты магнитной обработки водонефтяных эмульсий
- Механизм разрушения водонефтяных эмульсий в результате магнитной обработки
- Определение эколого-экономического эффекта от внедрения предлагаемой технологии очистки воды в производство
Введение к работе
Актуальность работы. Наиболее широко
распространенными загрязнителями сточных вод предприятий
топливно-энергетического комплекса (ТЭК) являются
нефтепродукты – неидентифицированная группа углеводородов нефти, мазута, керосина, масел и их примесей, которые вследствие их высокой токсичности, принадлежат, согласно данным ЮНЕСКО, к числу десяти наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. В сбрасываемых сточных водах предприятий ТЭК наблюдаются, в ряде случаев, тысячекратные превышения нормативов.
Основными источниками загрязнения нефтепродуктами являются предприятия по добыче полезных ископаемых (объекты очистки карьерных, шахтных и хвостовых вод). Как правило, очистные сооружения предприятий ТЭК не справляются со значительными объемами нефтезагрязненных сточных вод, что приводит на горных предприятиях к загрязнению подземных и поверхностных вод.
Важнейшим вопросом, в решении проблемы снижения загрязнения водных объектов сточными водами горнодобывающих предприятий, является разработка рациональных технических и технологических решений, обеспечивающих повышение степени очистки воды. Традиционные методы механической очистки зачастую не обеспечивают современные высокие требования к качеству очищенных сточных вод при их сбросе в водные объекты. Использование методов физико-химической и химической очистки вод сопряжено с одной стороны с расходом дорогостоящих реагентов, с другой стороны - с формированием вторичного загрязнения сбрасываемых вод и образованием значительных количеств неутилизируемых осадков.
В этой связи на предприятиях ТЭК становится актуальным включение в технологическую схему очистки сточных вод новых этапов, которые должны обеспечивать глубокое и эффективное удаление нефтепродуктов различного генезиса. Одной из наиболее перспективных технологий очистки сточных вод является технология обработки водонефтяных сред магнитным полем,
разработкой которой в разное время занимались такие ученые, как
Бахтизин Р.Н., Валеев М.Д., Голубев М.В., Инюшин Н.В.,
Лесин В.И., Мирзаджанзаде А.Х., внесшие значительный вклад в
решение вопросов деэмульсации нефти. Вместе с тем,
предшествующими работами далеко не исчерпан круг проблем, касающихся очистки сточных вот от нефтепродуктов, разработки технологических решений и подбора оборудования.
Цель работы: Снижение техногенной нагрузки предприятий ТЭК на поверхностные и подземные воды путем внедрения комплекса технологических решений, направленных на очистку стоков от нефтепродуктов.
Идея работы: Очистку нефтезагрязненных сточных вод следует осуществлять с применением двухступенчатой технологии очистки, основанной на последовательном применении магнитной обработки и разделения жидкости в отстойнике с гидрофобным слоем.
Основные задачи исследований:
-
Анализ воздействия предприятий ТЭК на поверхностные и подземные воды, а так же методов по его снижению;
-
Экспериментальные исследования механизма воздействия импульсных магнитных полей на стабильность водонефтяных эмульсий;
-
Разработка двухступенчатой технологии очистки на основе совместного использования аппарата магнитной обработки и отстойника с гидрофобным слоем;
-
Оценка эколого-экономической эффективности применения предложенной технологии на объектах ТЭК.
Научная новизна работы:
1. Установлены закономерности изменения остаточной
концентрации нефтепродуктов в сточной воде от частоты
следования импульсов магнитного поля, выбираемые в пределах 5-
50 Гц.
2. Выявлена закономерность изменения физических свойств
водонефтяной эмульсии после обработки ее магнитным полем, а
именно: интенсификация процесса коалесценции и коагуляции
глобул нефти, а так же снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз (нефть-вода).
Основные защищаемые положения:
-
Интенсификация очистки нефтезагрязненных сточных вод предприятий ТЭК достигается с применением низкочастотной импульсной магнитной установки, основные технические параметры которой выбираются в зависимости от пропускной способности соленоида.
-
Снижение экологической опасности нефтезагрязненных сточных вод достигается обработкой их магнитным полем, частота следования импульсов которого выбирается, предварительно или непосредственно в ходе обработки, в пределах 5 - 50 Гц для стоков конкретных предприятий.
-
Достижение гарантированной глубины очистки нефтезагрязненных сточных вод должно производиться применением двухэтапной технологии: 1) обработки водонефтяной эмульсии низкочастотным импульсным магнитным полем, 2) удалении из сточной воды нефтепродуктов и механических примесей в отстойнике с жидкостным гидрофобным слоем.
Методы исследований.
В качестве основных методов исследования применялись:
системно-структурный анализ воздействия нефтепродуктов на природные воды;
аналитические, экспериментальные и гидрогеохимические работы в лабораторных и полевых условиях;
методы физического и численного моделирования;
экспериментальные исследования и опытно-промышленные испытания технологии очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Достоверность научных положений, выводов и
рекомендаций обеспечивается использованием большого
количества исходных данных; использованием для анализов современного лабораторного оборудования. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты согласуются и дополняют новейшие данные, опубликованные другими авторами.
Практическая значимость работы:
-
Разработана импульсная магнитная установка (ИМУ) для очистки сточных вод от нефтепродуктов.
-
Подобраны оптимальные параметры работы ИМУ для очистки модельной водонефтяной среды с заданными характеристиками.
-
Разработана двухступенчатая технология очистки нефтезагрязненных сточных вод состоящая из узла магнитной обработки и отстойника с жидкостным гидрофобным слоем.
-
Произведено эколого-экономическое обоснование предлагаемой технологии очистки нефтезагрязненных сточных вод.
Личный вклад автора работы состоит в постановке цели, задач и методов исследования; в конструировании лабораторной установки ИМУ; в проведении и дальнейшем анализе лабораторных экспериментов.
Реализация работы:
-
Технология двухступенчатой очистки нефтезагрязненных сточных вод предложена для использования в ОАО «Татойлгаз» при подготовке сточных вод к закачке в систему ППД;
-
Научные и практические результаты работы предложены к использованию в учебном процессе при подготовке специалистов горно-геологического профиля в Горном Университете, в частности, при проведении занятий по дисциплине «Основы экологии и природопользования», «Горное дело и окружающая среда», «Экология».
Апробация работы. Основные положения работы
докладывались и обсуждались на международных и российских
научных конференциях и симпозиумах, в том числе: «Неделя
горняка 2012» (Москва); Международном форуме-конкурсе
«Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2012); «Высокие
интеллектуальные технологии и инновации в национальных
исследовательских университетах» (Москва, 2013); 17
Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии 21 века» (Москва, 2013); конференции SPE (Москва,
2013). Работа удостоена «Национальной экологической премией 2012».
Публикации. По теме работы опубликовано 4 печатных труда, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит 153 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 78 наименований.
Требование к качеству сточных вод
При эксплуатации нефтяных месторождений применяются различные системы сбора и промысловой подготовки нефти газа и воды. Их многообразие обусловлено индивидуальностью каждого месторождения. Ранее существующие открытые самотечные системы сбора работали следующим образом. Нефть, добываемая из фонтанных или насосных скважин, поступала по линии длиной до двух километров в распределительную батарею, а затем в трапы первой и второй ступени сепарации. Нефть с водой и частично оставшимся газом из трапа второй ступени и мерника, служащего для замера продукции скважин, поступала в самотечные сборные коллекторы, по которым подавалась в негерметизированные резервуары участковых сборных пунктов. Далее нефть откачивалась в сырьевые негерметизированные резервуары и оттуда поступала на установку подготовки нефти. Из-за присутствия у таких систем сбора большого числа недостатков, таких как невозможность приспособления, к увеличению дебитов скважин, низкая скорость потока, приводящая к отложениям механических примесей, солей, парафина на технологическом оборудовании, потери нефти от испарения, был осуществлен переход к различным вариантам частично герметизированных систем.
Система Бароняна-Везирова, разработанная азербайджанскими инженерами Ф.Г. Бароняном и С.А. Везировым предусматривала однотрубный сбор продукции скважин с использованием энергии пласта до газозамерных установок и далее, по общему коллектору до участковых пунктов сбора, где нефть сепарировалась в две ступени и предварительно обезвоживалась [9]. К недостаткам системы, в частности, относится сложность осуществления герметизации большого количества участковых сборных пунктов, строительство множества мелких пунктов сбора с очистными сооружениями, парком резервуаров, насосными и компрессорными станциями.
Разработанная Грозненским нефтяным институтом так называемая грозненская система сбора предусматривала осуществление совместного транспорта нефти и газа на расстояние 20 - 30 километров под устьевым давлением. В отличие от самотечной системы и системы Бароняна-Везирова, для которых были; характерны многочисленные мелкие технологические объекты, эта система сбора была основана на организации крупных централизованных сборных пунктов (ЦСП). При организации грозненской системы сбора нефти и газа на каждой разрабатываемой площади сооружается централизованная сепарационная установка, на которой осуществляется одноступенчатая сепарация. Нефть с оставшимся в ней растворенным газом под собственным давлением транспортируется на конечный сборный пункт. Основным недостатком такой высоконапорной системы сбора нефти является пульсация давления, вследствие чего происходят частые вибрации трубопроводов, приводящих к их порывам [10]. Революционной стала разработка герметизированной системы сбора, которая применяется и по сей день. Анализ данной системы позволяет выделить до десятка вариантов схем сбора. Основными элементами этих схем являются эксплуатационные и нагнетательные скважины, сооружения для сбора и транспортировки нефти и газа, установки подготовки нефти, газа и воды и системы поддержания пластового давления.
По этой схеме (рисунок 1.1) водонефтяная эмульсия с куста скважин поступает на автоматические групповые замерные установки (АГЗУ), где происходит частичная газосепарация и обработка реагентом деэмульгатором и далее на установку предварительного сброса воды (УСПВ), где осуществляется предварительный сброс воды с последующей перекачкой нефти на установку подготовки нефти (УПН). Сбрасываемая вода, пройдя стадию дополнительной очистки, откачивается на блочные кустовые насосные станции (БКНС), в случае удовлетворения требованиям закачки.
С постоянным ростом обводненности добываемой продукции количество пластовой воды извлекаемой из недр неуклонно растет. В последние годы обводненность продукции в ряде случаев стала достигать более 90 %. Существующее оборудование очистки не справляется с такими большими объемами попутнодобываемой пластовой воды, что влечет за собой закачку загрязненной в пласт. Закачка в пласт воды, не удовлетворяющей требованиям, приводит в конечном итоге к снижению проницаемости пор пласта. Наибольшее влияние на этот процесс оказывают взвеси различного типа, содержащиеся как в закачиваемой воде, так и в самой пористой среде. Пористая среда всегда содержит в своем составе большое количество свободных частиц, которые могут быть сдвинуты с места и перемещаться потоком. При закачке жидкости эти частицы, в совокупности с примесями и остатками нефтепродуктов, содержащихся в воде, кольматируют поры, каналы и трещины из которых сложен пласт, снижая тем самым проницаемость.
Для получения более полного представления механизма воздействия водой на пласт необходимо выделить факторы влияющие на процесс вытеснения нефти. Нефтеносный пласт, в процессе добычи по технологии заводнения, выступает в роли как такового фильтра, являющего собой последнюю стадию в многоступенчатой технологии очистки закачиваемых вод. При осуществлении заводнения пласта подбор жидкости необходимо производить таким образом, чтобы призабойная зона не являлась фильтром. Процесс фильтрации закачиваемых вод, содержащих механические примеси и остатки нефтепродуктов, связан с механическим и физическим взаимодействием скелета пласта с дисперсной фазой. При установлении необходимой степени подготовки вод основное внимание уделяется качеству пластовых вод (физико-химические свойства и гранулометрический состав примесей), а так же физическим свойствам нефтяного пласта (пористость, проницаемость, трещиноватость) и составу пород, слагающим пласт. В каждом конкретном случае должны быть учтены все эти факторы, оказывающие влияние на фильтрационную способность вод [9].
Аппараты магнитной обработки водонефтяных эмульсий
Анализ опыта применения магнитной обработки (МО) позволяет разделить все известные установки на два основных типа:
- с постоянными магнитами,
- с электромагнитами.
К первому типу относят установки выполненные в виде корпуса с вмонтированными в нем постоянными магнитами, установленными таким образом, что обрабатываемая жидкость проходя по внутреннему сечению аппарата подвергается воздействию магнитного поля заданных характеристик.
Основное отличие аппаратов МО данного типа друг от друга, заключается в особенности расположения магнитов, материала из которого они изготавливаются, а так же от формы самих магнитов. Для конструирования аппаратов на постоянных магнитах разработана методика [36] позволяющая создавать поле с необходимыми характеристиками (напряженность поля и частота ее изменения) для получения максимального разделения водо-нефтяной эмульсии.
Схема установки М.О., представленная на рисунке 2.3 наглядно иллюстрирует способ обработки постоянными магнитами. Жидкость протекаея в зазоре между трубами из ферромагнитного материала, с закрепленными на стенках постоянными магнитами, подвергается воздействию магнитного поля.
Используя исходные данные: геометрические параметры трубопровода, скорость потока жидкости производится расчет с целью определения расстояния межу магнитами, а так же выбора оптимального варианта их расположения в трубе (рисунок 2.4).
а) – знакопостоянное положение, б) – знакопеременное положение Рисунок 2.4 – Варианты расположения магнитов
Достоинством аппаратов МО на постоянных магнитах является простота обслуживания, относительная дешевизна и автономность (не требуют электропитания). Однако такие аппараты не позволяют регулировать параметры магнитного поля в рабочем зазоре. Так же в процессе эксплуатации в них происходит накопление ферромагнитных окислов железа, что заметно сокращается срок службы.
Ко второму типу аппаратов МО относят установки состоящие из генератора токов, соединенного посредством кабеля с индуктором, который преобразует полученный ток в магнитное поле. Генератор оборудован пультом управления, дающим возможность регулировать режим работы установки, изменяя частоту тока.
Индуктор выполнен в виде соленоида и представляет собой немагнитный трубопровод с обмоткой и изоляцией (рисунок 2.5). 1 – обмотка, 2 – труба из диамагнетика, 3 – изоляция. Рисунок 2.5 – Принципиальная схема соленоида
Индуктор конструируется таким образом, чтобы установка смогла обработать необходимое количество жидкости, пропускаемое через внутреннее сечение соленоида. Соответственно важными конструктивными параметрами является диаметр и длина трубы, из которой изготавливают соленоид.
Все установки данного типа отличаются друг от друга следующими
техническими характеристиками генератора: максимальной мощностью
установки, диапазоном частот изменения переменного тока и длительностью следования импульсов (если речь идет об импульсной магнитной установке).
За величину и характер создаваемого магнитного поля отвечает соленоид. Соответственно, регулируя такие параметры как диаметр и длину соленоида, тип материала обмотки, диаметр используемого провода и количество витков соленоида, можно получить магнитное поле с желаемыми характеристиками.
Так же устройства отличаются формой изменения напряженности магнитного поля (рисунок 2.6). Достоинством электромагнитных установок является возможность регулирования параметров магнитного поля, создание установок с конкретными техническими характеристиками, в большом диапазоне значений. Внутри аппарата не происходит отложения отделяемых из обрабатываемой эмульсии примесей, так как поверхность внутреннего сечения трубопровода, из которого выполнен соленоид, не содержит неровностей. К недостатком можно отнести потребление энергии и необходимость проведения периодического профессионального контроля за оборудованием. Проанализировав все достоинства и недостатки магнитных установок обоих типов, а так же ознакомившись с результатами лабораторных и производственных экспериментов, для конструирования собственной лабораторной модели была выбрана импульсная магнитная установка.
Преимущества данной установки заключаются в том, что в импульсном режиме проще всего достигается сильное магнитное поле высокой напряженности позволяющее воздействовать на бронирующие оболочки на глобулах сточной воды, разрушая их. Кроме того, при импульсной форме изменения напряженности магнитного поля достигается более качественное воздействие на механические примеси присутствующие в обрабатываемой воде в широком диапазоне форм и размеров. Частице определенного размера (A1 и A2) соответствует свое значение напряженности магнитного поля (рисунок 2.7).
Проблема генерации мощных импульсов тока для получения сильных магнитных полей в первую очередь сводится к созданию подходящих источников энергии, которые должны запасать необходимую энергию, преобразовывать и передавать ее при коротких временах разряда. Существуют различные источники энергии, типичное время разряда которых меняется от долей микросекунды до многих секунд. Среди прочих систем наиболее широко используемой является батарея конденсаторов.
Конденсаторные батареи уже длительное время используются для получения импульсных сильных магнитных полей. Их широкое применение обусловлено главным образом тем, что, во-первых, они обладают очень высокой эффективностью передачи запасенной энергии W0 в индуктивную нагрузку Ll (на практике может быть достигнута 90 процентная эффективность) и, во-вторых, они дают возможность изменять длительность процесса на несколько порядков (наименьшие длительности составляют около микросекунд).
Основные параметры конденсаторной батарее:
- запасенная энергия W0
- зарядное напряжение U0
- индуктивность батареи LB
Выбор параметров системы «батарея - соленоид» основан, на требованиях, предъявляемых к характеристике магнитного поля, и на тех количественных соотношениях, которые справедливы для данной системы. Выбор основных параметров конденсаторной осуществляется исходя из следующих положений: а) Энергия батареи W0 определяется в первую очередь величиной магнитной энергии в нагрузке. б) При заданном W0 значение U0 определяется емкостью С0 в) Выбор типа катушки (то есть LL) обосновывается различными соображениями, такими, как величина максимального поля, механическая прочность, простота конструкции и т. д. Для проведения экспериментов по воздействию магнитного поля на водонефтяные системы была разработана лабораторная установка включающая в себя блок управления (генератор импульсов) и соленоид с патрубками для ввода и вывода обрабатываемой жидкости (рисунок 2.8). На рисунке 2.9 представлено изображение сконструированной установки. Верхний ярус – блок управления, нижний – блок генерации импульсного разряда.
Механизм разрушения водонефтяных эмульсий в результате магнитной обработки
Использование магнитного поля для активации процессов протекающих в водонефтяных средах достаточно известно. Учеными Московского энергетического института [39-42], Азербайджанского государственного научно исследовательского и проектного института нефти [43], Новочеркасского политехнического института [44-46] и других организаций проведен большой объем научно-исследовательских работ, который позволил начать широкое применение магнитной обработки в различных сферах нефтяной промышленности. Однако до настоящего времени учеными не решен круг задач касающихся объяснения механизма влияния магнитного поля на водонефтяные системы. Высказан ряд гипотез, которые можно классифицировать следующим образом:
1. Разрушение бронирующих оболочек. При воздействии магнитным полем низкой частоты на движущуюся жидкость происходит разрушение соединения являющихся стабилизаторами бронирующих оболочек стойких эмульсий, что приводит к коалесценции глобул воды эмульсии и ее последующей седиментации [47].
2. Воздействие на примеси находящиеся в коллоидном состоянии. В основном на ферромагнитные соединения входящие в состав нефти [48].
3. Воздействие на структуру воды, что может вызвать изменение в агрегации молекул воды и нарушить ориентацию спинов водорода в молекулах. Изменение физических свойств воды при воздействии магнитного поля зависит от магнитной восприимчивости воды и содержащихся в ней ионов [49-51].
В работе [52] механизм воздействия магнитного поля на водо-дисперсные системы объясняется исходя из теории связывающей структурные изменения в этих системах с образованием ионов. При магнитной обработке воды под влиянием магнитного поля происходит процессия внешних электронных облаков в молекулах, поэтому последние приобретают индуцированный магнитный момент, перпендикулярный направлению магнитного поля. Вследствие этого энергия водородных связей изменяется, происходит их «изгибание» и частичный разрыв. Это влечет за собой изменение взаимного расположения молекул, а следовательно, и структуры воды, что обусловливает наблюдаемые изменения ее плотности, вязкости и ряда других свойств.
Анализ работ [53-55] посвященных исследованию влияния магнитных и ультразвуковых полей на воду и живые организмы показывает, что диапазоны частот, связанные с основными формами движения молекул воды, оказались резонансно-активными во взаимодействии с полями различной природы. При этом действительно ионы различного знака гидратации неодинаково влияют на изменение физико-химических свойств водных растворов, изменение которых заметно ослабевает в переходной области частот (от области с положительной гидратацией к области с отрицательной гидратацией).
При магнитной обработке водных сред, по мнению А.X. Мирзаджанзаде, С.Н. Колокольцева, A.Л. Бучаченко, Р.3. Сагдеева, К.М. Салихова, сравниться с энергией теплового движения и упорядочить внутреннюю структуру могут только структурные химические связи, которые характеризуются взаимодействием двух или нескольких атомов. Они обусловливают образование устойчивой многоатомной системы и сопровождаются существенной перестройкой электронных оболочек связывающих атомов. При этом необходимо учитывать динамику процесса, ведь все электронные орбиты, составляющие оболочку, непрерывно совершают колебательные движения. Чтобы существовала устойчивая и стабильная связь атомов, необходима определенная корреляция в движении электронов, то есть колебания электронных орбит взаимодействующих атомов должны быть синхронны. Синхронность колебаний электронов в атомах свидетельствует о наличии дисперсионного взаимодействия между атомами. Дисперсионные силы имеют электромагнитную и квантовую природу и являются одной из разновидностей межмолекулярного взаимодействия, называемого силами Ван-дер-Ваальса. Дисперсионные силы возникают в результате колебаний электронов соседних атомов или молекул в одинаковой фазе, при этом взаимное притяжение приводит к сближению этих атомов или молекул и образованию между ними связи.
Если магнитное поле воздействует на две соседствующие молекулы, которые совершают колебательные движения в соответствии со своими спектрами (наборы собственных частот), то сразу после наложения поля электронные орбиты этих двух частиц начнут прецессировать с одинаковой, ларморовой, частотой вокруг параллельных осей. У электронных орбит разных частиц появится, как минимум, одна общая частота колебаний — ларморова. Колебания станут частично синхронны во времени и в пространстве, поэтому между молекулами может возникнуть дисперсионная связь. Для этого, кроме того, необходимо выполнение условия равенства трех частот: среди собственных колебаний двух рядом расположенных молекул должны найтись две частоты, равные одновременно друг другу и частоте Лармора. Старые взаимодействия разрушаются и возникают многочисленные новые, плотная сеть которых воздействует на каждую молекулу, каждый атом и удерживает их в рамках новой образовавшейся структуры. Этим можно объяснить длительное сохранение свойств водных систем после их магнитной обработки. Известно, что действие магнитного поля носит полиэкстремаль- ный характер. При нарастании напряженности магнитного поля, ларморова частота, зависящая от нее линейно, также непрерывно растет. А поскольку спектр собственных частот молекул не непрерывен, выполнение равенства трех частот возможно лишь для отдельных значений напряженности магнитного поля. Это, по мнению ученых [56, 57], объясняет полиэкстремальность.
Исследователями [58, 59] показано, что воздействие магнитного поля на структуру воды незначительно, поскольку энергия необходимая для перестройки структуры молекулы, на несколько порядков превышает энергию, сообщаемую молекуле при магнитной обработке. Кроме того установлено, что плотность воды и нефти после магнитной обработки не изменяется.
Определение эколого-экономического эффекта от внедрения предлагаемой технологии очистки воды в производство
Экономическая эффективность более глубокой очистки сточной воды может быть показана на примере внедрения предлагаемой технологии на нефтедобывающее предприятие. В результате существенно повышает качество закачиваемой в пласт воды, что способствует:
1. сокращению потерь добытой нефти с закачиваемой в пласт сточной водой;
2. увеличению периода работы нагнетательных скважин между капитальными ремонтами, связанными с восстановлением их приемистости;
3. увеличению текущей добычи нефти;
4. извлечению из недр нефти из пор малых размеров;
5. эффективной выработке как высоко - так и слабопроницаемых пластов;
6. кратному сокращению числа и длительности ремонтных работ по восстановлению приемистости нагнетательных скважин;
7. осуществлению ремонтных работ в экологически чистом варианте;
8. экономии электроэнергии, затрачиваемой на ППД и т.д.;
9. восстановлению приемистости пласта изливом.
За базу сравнения приняты фактические показатели очистки сточных вод на очистных сооружениях на Куакбашской УПВСН [78].
Годовой экономический эффект определяется по стандарту РД-39-3-1023-84 «Методика исследования условий образования примесей и оценка их влияния на эффективность утилизации нефтепромысловых сточных вод в системе ППД».
Годовой экономический эффект (Э) от внедрения очистки сточных вод на очистных сооружениях рассчитывается по формуле: где Э1 - экономический эффект от сокращения потерь добытой нефти с закачиваемой водой в результате улучшения ее качества, тыс. руб. (для АО Татнефть);
Шахтные воды поступают в подземные горные выработки из подрабатываемых водоносных горизонтов, поверхностных водотоков (р. Воркута) и дренажных выработок. Шахтные воды оказывают отрицательное влияние на технику и технологию ведения горных работ и ухудшают качество добываемого полезного ископаемого.
Воды шахтного водоотлива отличаются разнообразием и непостоянством химического состава, не пригодны для питья и, даже в технических целях не могут быть использованы без предварительной обработки. Загрязнения шахтных вод делятся на минеральные и органические.
К минеральным загрязнениям относятся: взвеси из песчаных, глинистых и угольных частиц, а также растворенные соли. Размер частиц грубодисперсных взвесей более 100 мкм, тонкодисперсных 20 - 50 мкм. Органические загрязнения представлены минеральными маслами применяемыми в шахтах.
На шахтах для уменьшения расхода воды и предотвращения загрязнения реки Воркуты предусмотрена водно-шламовая схема с оборотным водоснабжением. Подаваемые шахтные сточные воды проходят очистку, после которой часть из них идет в технологический процесс обогащения, а часть сбрасывается в реку Воркута. Объемы сбрасываемых сточных вод 1117 м3/сут. Приведенная годовая масса содержащихся в сточных водах нефтепродуктов 245 кг/год. Наиболее используемой методикой оценки ущерба, наносимого окружающей среде сбросами загрязняющих веществ в водоемы, является также методика, рекомендованная Президиумом Академии наук СССР в 1983 году. Согласно этой методике расчета общая величина ущерба от загрязнения водоема определяется в соответствии с выражением.
1. Эколого-экономическая эффективность от внедрения предлагаемой технологии складывается из показателей общего предотвращенного ущерба при воздействии на компоненты окружающей среды и экономической эффективности от внедрения данной технологии.
2. При внедрении предлагаемой технологии двухступенчатой очистки нефтезагрязненных сточных вод, негативное воздействие на природные воды от рассматриваемого объекта можно считать полностью предотвращенным, вследствие чего предотвращенный ущерб в зоне воздействия составит более 2 млн. руб.
3. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемой технологии на очистных сооружениях Куакбашской УПВСН для одной установки в первый год внедрения составит более 130 млн. руб.
Похожие диссертации на Технология магнитно-фильтровальной очистки нефтезагрязненных сточных вод предприятий ТЭК
