Содержание к диссертации
Введение
1 СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ СИСТЕМ КАНАЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ 6
1.1 Предпосылки создания систем очистки сточных вод 6
1.2 Развитие систем канализации XIX века в связи с развитием промышленных производств 8
1.3 Классификация методов очистки сточных вод конца XIX века 13
2 СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ СИСТЕМ КАНАЛИЗАЦИИ И МЕТОДОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ И СТОЧНЫХ ВОД (КОНЕЦ XIX века-ПЕРВАЯ ПОЛОВИНА XX ВЕКА) 21
2.1 Состояние систем канализации нефтедобывающих производств на ранних этапах развития нефтяной промышленности 21
2.2 Решение проблемы очистки нефтесодержащих сточных вод в период активного развития нефтепереработки на этапе 30-40-е годы XX века 29
3 РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД С ПОЯВЛЕНИЕМ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ (СЕРЕДИНАXX-НАЧАЛО XXI ВВ.) 42
3.1 Состояние систем очистки нефтесодержащих сточных вод в СССР и России 48
3.2 Состояние систем очистки нефтесодержащих сточных вод за рубежом 62
4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД (ВТОРАЯ ПОЛОВИНАXX-НАЧАЛО XXI ВЕКА) 71
4.1 Сооружения механической очистки 71
4.1.1 Совершенствование конструкций нефтеловушек 71
4.1.2 Совершенствование конструкций отстойников 75
4.1.3 Совершенствование конструкций фильтров 76
4.1.4 Совершенствование конструкций сепараторов 4.2 Сооружения биологической очистки 84
4.3 Совершенствование методов и сооружений физико-химической очистки 4.3.1 Флотация 91
4.3.2 Коагуляция 96
4.3.3 Флокуляция 103
4.3.4 Сорбция 109
4.3.5 Окислительные методы 110
4.3.6 Комплексные установки для очистки нефтесодержащих сточных вод. 112
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 114
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 116
ПРИЛОЖЕНИЯ 130
- Предпосылки создания систем очистки сточных вод
- Состояние систем канализации нефтедобывающих производств на ранних этапах развития нефтяной промышленности
- Состояние систем очистки нефтесодержащих сточных вод в СССР и России
Введение к работе
История защиты среды обитания человека уходит корнями в глубокую древность. Современное состояние проблемы таково, что вынуждает специалистов, общественность и рядовых граждан задумываться о благополучии будущих поколений. Нефтепереработка и нефтехимия, являясь одними из самых водоемких отраслей, наносят существенный вред окружающей среде образовывающимися в процессе производства нефтесодержащими стоками. Темпы развития отрасли с момента образования велики, что наталкивает на мысль о сохранении подобной динамики в последующие годы. В связи с этим возникает интерес к историческим аспектам вопроса зарождения и развития методов очистки нефтесодержащих сточных вод.
В период, предшествующий открытию нефти, загрязнение водоемов и почв происходило за счет коммунальных загрязнений, часто наносивших катастрофический урон окружающей среде, что влекло за собой человеческие жертвы. Открытие нефти привело к еще большему загрязнению окружающей среды. Кроме того, значительная стоимость нефти и ее продуктов толкала предпринимателей на бесконтрольное и хищническое пользование источниками сырья. В дальнейшем разработанные методы и конструкции очистных сооружений для обработки нефтесодержащих сточных вод позволяли в той или иной степени ограждать природу от загрязнений. Представляет интерес динамика развития методов очистки нефтесодержащих сточных вод в связи с тем, что исследование данного вопроса позволяет констатировать действие философского принципа развития по спирали - отмечается применение ранее наработанных принципов очистки в более усовершенствованном виде, что позволит в дальнейшем прогнозировать развитие методов очистки нефтесодержащих стоков.
Цель настоящей работы — воссоздание целостной исторической картины становления и развития систем, методов и отдельных очистных сооружений, ис пользуемых для очистки нефтесодержащих сточных вод. В соответствии с целью исследования были поставлены следующие основные задачи:
- исследовать предпосылки создания систем очистки сточных вод промышленных предприятий XIX века;
- воссоздать исторические аспекты вопроса зарождения и развития методов очистки сточных вод от нефтепродуктов в период становления нефтяной отрасли;
- изучить динамику развития систем канализации, методов и сооружений очистки нефтесодержащих сточных вод в довоенный период.;
- исследовать пути развития методов, сооружений и систем канализации, используемых для очистки нефтесодержащих сточных вод на этапе развития нефтехимии;
провести анализ современных направлений очистки нефтесодержащих сточных вод.
Научная новизна работы
Настоящая работа является первым историческим исследованием, посвященным систематизации исторических этапов различных с технической точки зрения подходов к формированию систем очистки нефтесодержащих сточных вод предприятий нефтепереработки и нефтехимии. За период равный 100 годам она содержит выводы и обобщения по развитию систем, применяемых в практике очистки нефтесодержащих сточных вод в России и за рубежом.
В работе впервые на основании изучения публицистических, документальных и архивных источников собран, систематизирован и проанализирован материал по истории возникновения и развития сложившихся методов очистки нефтесодержащих сточных вод.
По результатам работы впервые определена динамика развития научной мысли в историческом ракурсе относительно подходов к вопросу оптимизации отдельных видов очистных сооружений для очистки нефтесодержащих стоков.
Практическая значимость
Материалы диссертационного исследования используются при чтении лекций по курсам: «Водоотведение» для специальности 290800 «Водоснабжение и водоотведение»; «Инженерные сети» для направления «Строительство»; «Водоснабжение и водоотведение» для специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство»; «Технология очистки и обезвреживания промышленных выбросов» для специальности 100700 «Промышленная теплоэнергетика» Уфимского государственного нефтяного технического университета. Систематизированные конструкции очистных сооружений, применяемых для очистки нефтесодержащих сточных вод, используются ООО «ИСТЭКОИЛ» при реконструкции, модернизации очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов.
Показана роль ученых, инженеров и техников, внесших значительный вклад в развитие систем канализации производств нефтяной отрасли (Яковлев СВ., Скирдов И.В., Кандзас П.Ф., Родзиллер И.Д., Шержуков Б.С., Карелин Я.А. и другие).
Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы нашли отражение в докладах: на VIII Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России»,(г. Уфа, 2004 г.); на 4-м Энергетическом Форуме «УРАЛЭНЕРГО-2004», ( г. Уфа, 2004 г.); на IX Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России», ( г. Уфа, 2005 г.).
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения и четырех глав, изложенных на 180 страницах, содержит 24 таблицы, 45 рисунков, библиографический список из 150 источников.
Предпосылки создания систем очистки сточных вод
В средние века искусство канализации, как и многие другие изобретения античности, было забыто. Начиная с III века н.э. мероприятия по санитарному обустройству населенных мест практически не проводились [126]. Это привело к тому, что водоемы всех крупных городов Европы являлись рассадниками холеры, дизентерии, чумы и других смертельных инфекционных заболеваний. Хоть в городах и были сточные канавы, куда было положено сливать нечистоты, пользовались ими далеко не всегда. В европейских государствах нечистоты выбрасывались на улицу вплоть до XIX века. Обитатели городов вымирали на протяжении многих веков от эпидемий холеры, тифа, чахотки, других неизвестных болезней [60]. С развитием промышленности к концу XIX века количество сточных вод резко увеличилось, ситуация усугубилась[135].
В связи с этим английским правительством в 1868 г. создается Ученая Комиссия, которая исследует причины заражения речной воды и разрабатывает способы очистки стоков. Комиссия описывает следующую картину состояния нескольких йоркширских рек (Брадфорд, Кальдер, Ирвель): «...Въ проточ ную воду выбрасываютъ милліоньї центнеровъ золы, угольнаго мусора и шла-ковъ изъ-подъ топокъ паровыхъ котловъ, съ железныхъ заводовъ; большія массы битой глиняной посуды, негодныхъ къ употребленію металлическихъ предметовъ, кирпичнаго мусора, камня и глины изъ каменноломень валятся туда же, вместе съ грязью дорогъ и улицъ, остатками красильныхъ деревьевъ и т.п. веществами. Милліоньї кубическихъ метровъ воды, обремененной отбросами съ горныхъ заводовъ, химических фабрикъ, красиленъ, кожевенныхъ заводовъ, шерстопромывныхъ и шерстоваляльных заведеній и боенъ ежедневно изливаются въ реки и отравляютъ ихъ ...» [50].
В числе прочих Комиссия уделила внимание небольшой реке Брадфорд, которая, протекая по одноименному городу, принимает в себя сточные воды от 140 000- тысячного населения, промывные воды от 168 шерстяных фабрик, 94 суконных фабрик, 10 ситцепечатных, 35 красильных, 10 химических, 7 желатинных, 3 кожевенных заводов и 3 фабрик экстракции жирных веществ. Для демонстрации степени загрязненности йоркширских речных вод промышленными стоками к отчету Ученой Комиссии было приложено факсимиле, которое на первый взгляд было выполнено бледными чернилами. На самом деле подпись была сделана водой одной из обследованных рек - реки Кальдер.
Похожая ситуация складывалась и во Франции. С целью улучшения санитарного состояния городов во Франции в 1894 году был принят закон об обязательном подсоединении всех объектов жилого фонда и промышленных предприятий к канализационной сети, однако даже в 1904 году большинство зданий в Париже еще не имело водоотводных труб.
Учеными подчеркивалось, что катастрофическое загрязнение водных ресурсов Западной Европы обуславливалось развитостью промышленности. В России же второй половины XIX века, несмотря на малое развитие фабричной промышленности состояние речной воды в России становится не многим лучше. Так, вода рек Москва и Яуза в 1874 г. вследствие сброса стоков фабрик, находящихся по их берегам «... вполне негодна для питья...»[60].. Химический анализ речной воды позволил установить ее состав: в 100 частях воды содержалось органических веществ 12,55, окиси кальция — 7,15, натровых солей - 2, азотнокислых солей - 2,3, калийных соединений - 1,85, хлористых солей — 1,95, бромистых солей - 1, кремнезема - 0,7 частей. Общий остаток после выпаривания воды - 29,5. Сравнение с нормативными показателями степени чистоты воды того времени свидетельствует о том, что по содержанию органических веществ в воде превышение составляет 1,5 раза, а по величине сухого остатка — почти в 6 раз.
Вода р. Фонтанка г. Петербурга находилась в таком же плачевном состоянии несмотря на то, что первые государственные Указы «О соблюдении чистоты...» были изданы еще при Петре 1 [107], первые канализационные системы Петербурга были построены в 1710 г. [64]. Прокладка подземных канализационных труб в Петербурге началась в 1770 г., при Екатерине II, и к 1834 г. составляла 95 км - вдвое больше, чем в Париже [74, 75]. Однако и эта сеть не справлялась в полной мере с удалением нечистот. Кроме того, задачей канализации вплоть до последней четверти XIX века являлось только удаление сточных вод, а не их очистка, что и приводило к усугублению состояния водных источников. Бурное развитие промышленности в конце XIX века привело к еще большему загрязнению почв и водоемов в связи с тем, что очисткой промышленных сточных вод целенаправленно не занимались.
По мере роста и развития городов появлялись многочисленные фабрики, заводы, ремесленные мастерские, размещавшиеся на берегах рек. Однако специализированных систем канализования промышленных предприятий в данный период не существовало и промышленные сточные воды отводились совместно с коммунальными нечистотами существующими примитивными системами канализации. Это приводило к тому, что водоемы загрязнялись еще больше - в них сбрасывали значительные объемы неочищенных промышленных стоков [75,112]. Данная проблема, в связи с активным развитием про мышленности, захватывает собой уже не одни большие города, а целые местности и страны (например, Англия). Важность и необходимость рационального удаления нечистот осознается и в России. Российский журнал открытий, изобретений и усовершенствований по всем отраслям промышленности, издаваемый с 1865 года «Технический сборникъ», многократно обращается к обсуждению вопросов зарождающихся экологических проблем техногенного характера. В частности, в статье [50] представлен обзор систем дезинфекции фабричных стоков, где рассматривается загрязнение речной воды вредными нечистотами, количество которых обуславливается характером фабричного производства. В это время наиболее распространенными видами предприятий являлись следующие: химические заводы; заводы сухой перегонки дерева и каменного угля; газовые заводы; фабрики, изготавливающие краски; красильные и ситцепечатные фабрики; белильные фабрики; прядильные и ткацкие фабрики; бойни; кожевенные и клееваренные заводы; мыловаренные заводы; писчебумажные заводы; крахмальные заводы; сахарные заводы; винокуренные и пивоваренные заводы. Рассмотрим основные загрязнители перечисленных производств [44].
Для химических заводов в сточных водах характерно наличие большого количества кислот и мышьяка, растворимых минеральных веществ, газообразного сероводорода. Заводы сухой перегонки дерева или каменного угля и газовые заводы поставляют сточные воды содержащие креозот, радонистые соединения вредные для растительности и животного мира.
Фабрики, приготовляющие краски, а также красильные и ситцепечатные производства дают сточные воды богатые органическими веществами и мышьяком. Стоки белильных фабрик считались неопасными.
Из прядильных и ткацких фабрик наиболее сильно загрязняющими природные водоемы являлись шерстопрядильные и шерстоткацкие производства, сбрасывающие стоки с многочисленными токсичными компонентами.
Бойни, кожевенные и клееваренные заводы дают легко загнивающие отходы с высоким содержанием азота. П. Волков сообщает о возможности утилизации этих отходов переработкой на соли аммиака в связи с развитием «...аммоніакальнаго способа фабрикацій соды...» [50].
Сбросы мыловаренных заводов рассматриваются как малотоксичные. Писчебумажные заводы дают азотосодержащие стоки. В этом случае их утилизация, по сообщению первоисточника, предполагает выпаривание щелочной жидкости с прокаливанием до получения соды.
Сточные воды сахарных и крахмальных заводов являются носителями серы и сернистого железа, которые наносят значительный ущерб рыбным популяциям. Немецкие сахаропромышленники назначили премию в 1000 талеров за разработку способа очистки сточных вод сахарных заводов, который до конца XIX века так и не был представлен к рассмотрению.
Воды предприятий винокуренной и пивоваренной промышленности являются питательной средой для развития характерных микроорганизмов -Zeptomitus lacteus, которые обладают сильным гнилостным запахом. В качестве меры предварительной обработки воды предлагается фильтрование сточных вод через известь.
Для России того времени, в связи с относительной малочисленностью производств, главным источником загрязнений природных водоемов являются городские нечистоты [111, 44, 55, 64]. Тем не менее, гораздо раньше, еще в 60-х годах XVII века в Москве впервые предпринималась очистка сточных вод на производстве льняных тканей при помощи отстаивания [55].
По мере того, как развитие промышленности набирало все более высокие темпы, все чаще вставал вопрос о защите окружающей среды от фабричных стоков [60]. В целях регламентирования деятельности развивающихся фабрик и заводов в России был разработан и утвержден на государственном уровне «Устав промышленный» (1885 г.), 68-я статья которого запрещала «...строить в городах и выше городов по течению рек и протоков мануфактуры, фабрики и заводы, вредные чистоте воды». Тем не менее, многие предприятия не имели должным образом устроенных очистных сооружений. Согласно «Устава...», предусматривались наказания как для отдельных домовладельцев и мелких предпринимателей, так и для крупных промышленных предприятий при нарушении законодательства. По делам особо крупных размеров возбуждались уголовные дела в Московском окружном суде.
Специалисты, обслуживавшие Московскую канализационную систему, самое серьезное внимание уделяли исследованиям в области способов очистки сточных вод, в частности, биологическим. В 1904 г. во исполнение постановлений Городской Думы была организована специальная «Комиссия по опытам с биологической очисткой сточных вод», химико-биологическая лаборатория и контрольная станция. Для контроля работы полей постоянно функционировало Совещание по очистке сточных вод при канализационном отделе управы, куда в качестве экспертов приглашались инженеры, гигиенисты, агрономы, химики, биологи, бактериологи.
Изобретение простых и дешевых способов очистки фабричных стоков перед спуском их в реки было шагом, который чрезвычайно интересовал фабрикантов и правительства европейских государств. Например, по инициативе руководства одного из старейших текстильных предприятий России - Трех-горной мануфактуры, основанной в 1799 г. - разрабатывался вопрос об очистке сточных вод с фабрик и заводов. Эти стоки спускались в ближайшие реки и наносили серьезный вред окружающей среде. Владелец Трехгорной мануфактуры Сергей Иванович Прохоров, будучи специалистом-химиком, поднял вопрос об очистке фабричных стоков, став тем самым одним из первых инициаторов борьбы за экологию. Им была назначена премия в 3 000 рублей и объявлен конкурс на изобретение способа очистки сточных фабричных вод. Этот конкурс вызвал к жизни очень полезные исследования, в ходе которых впервые в истории науки и техники были разработаны значения предельно допустимых концентраций вредных веществ, содержащихся в сточных водах.: нерастворимых минеральных и органических веществ; углерода и азота в виде растворимых органических соединений; металлов, за исключением калия, натрия, кальция и магния в растворе; металлического мышьяка (или мышьяковая соль); серы в виде сероводорода или растворимого сернистого металла; кислот и свободных щелочей; свободного хлора; повышенной цветности. Также значительный вклад в разработку предельно допустимых концентраций сделали ученые Англии (70-е гг.ХІХ в ).
С середины XIX в. наступила новая эра в истории очистки промышленных сточных вод, ознаменовавшаяся усиленным строительством сетей канализации в ряде городов России: Одессе (1874), Тифлисе (1874), Царском селе (1880), Гатчине (1882), Ялте (1886), Ростове-на-Дону (1892), Киеве (1892) [55]. В Европе идея охраны окружающей среды также переживает свое развитие. Именно в это время в Англии принимается первый закон об охране окружающей среды (1861 г.).
Состояние систем канализации нефтедобывающих производств на ранних этапах развития нефтяной промышленности
Среди отраслей промышленности, наносящих своей деятельностью ущерб окружающей среде, особое место занимают нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленности. Нефтедобыча на Руси известна с давних пор. Еще в XVI веке русские купцы торговали бакинской нефтью. При Борисе Годунове в Москву доставляли первую нефть, добытую на реке Ухте. Определяя этапы развития нефтепереработки в России отметим, что первый нефтеперегонный завод был построен в 1745 году на реке Ухте, примерно тогда же построены два небольших завода в Уфимской губернии недалеко от п. Сергиевка. К моменту присоединения Бакинского ханства к России в 1806 году в районе Баку насчитывалось около 120 колодцев с ежегодным дебитом 200 тысяч пудов нефти. Здесь работало более 110 фирм. Огромное скопление людей, бесконтрольное освоение, отсутствие санитарно — гигиенических условий, повсеместная грязь, пыль, разливы нефти, покрывающие все вокруг - все это производило страшное впечатление. Впоследствии, побывавший на нефтяных промыслах Баку М.Горький писал : «Нефтяные промыслы остались в памяти моей гениально сделанной картиной мрачного ада. Эта картина подавляла все знакомые мне фантастические выдумки устрашенного разума...»[62]. Однако ужасающие условия производства не останавливали желающих быстро разбогатеть. Наиболее активно нефтедобыча развивалась в России с середины XIX века. В 1865 начали бурить нефтяные скважины в Татарии, в 1868 году - на реке Ухте, в 1871 году- на Апшероне, в 1873 году - на месторождении Балахны, в 1878 году на Биби - Эйбате, в 1877 году — пробурена айбарская скважина в Крыму, в 1893 году - скважина в Мама-каевской балке. Одновременно с добычей нефти строятся и нефтеперегонные заводы по перегонке керосина по принципу и схеме завода братьев Дубининых. К 1867 году на юге России было 12 нефтеперерабатывающих заводов, а к 1870 году их число составило уже 80.
Отсутствие денежных средств, необходимых для устройства нефтеперегонного завода не останавливало предпринимателей. Законодательство того времени позволяло размещать нефтеперегонные установки прямо в жилых домах. Это приводило к постоянным пожарам, загрязнению жилых кварталов. Стоки, образовывающиеся в процессе перегонки, сбрасывались прямо на землю и в близлежащие водоемы. В результате стихийно сложившейся ужасающей экологической обстановки внутри города местные власти были вынуждены сосредоточить переработку нефти на некотором расстоянии от Баку, в так называемом Черном городе. Однако условия производства и отношение к окружающей среде были там сохранены на прежнем уровне. Очисткой производственных нефтесодержащих сточных вод не занимались.
В начале XX века большой интерес предпринимателей к нефтедобыче и нефтепереработке сохраняется. Особый интерес предприниматели проявляют к Уральскому региону. Самарско - Уральское Управление Земледелия и Государственных Имуществ буквально "завалены прошениями о выдаче дозволительных свидетельств" на разведку и разработку нефтяных месторождение 105]. Данные о количестве поданных прошений по годам приведены в таблице ИТОГО: 36541 4493
В 1913 году на казенных землях вели работу следующие общества: Уральско- Каспийское, Товарищество братьев Нобель, Эмба, Эмба- Каспій, Колхида. Разведка велась в урочищах Каратон, Карачунгул, Дос- Сор, Искене, Сата-балды, Макат, Бліули, Чингильды, Ауме- Конь, Иман- Кара, Кой- Кара, Анат-куль,Матен- Хожи. Разведка захватила площадь примерно 200 заявок или 7500 десятин. Добыча производилась исключительно на промыслах Дос - Сор на участках № 7 и № 4 обществом Эмба и Уральско - Каспийское. Всего добыто 7073 тыс. пудов.
Динамика нефтедобычи в России в дореволюционный период была такова. Если в 1860 г. она составляла 4 тыс. т, то в 1864 г. - 9 тыс. т, в 1890г. - 3,8.млн.т, в 1900г. - 10,4 млн. т. В этом году Россия вышла на первое место по добыче нефти в мире, добывая более 50% всего мирового объема нефти. Перед революцией добыча снизилась в связи с военными действиями до 8,8 млн. т. В 1920-1921 операционном году после вторичной национализации Бакинской нефтяной промышленности добыча нефти в России составляла всего 3,8 млн. тонн. На всем протяжении рассматриваемого периода очисткой нефтесодержащих сточных вод не занимались. Основное внимание направлено на восстановление и реконструкцию нефтяной промышленности с целью обеспечения динамично возрастающего спроса на продукцию отрасли. Реализация новой экономической политики в 20-е гг. XX века привела к значительной интенсификации производства в нефтедобы вающей и нефтеперерабатывающей отраслях и даже кризису сбыта 1924 года, в связи с которым принимается решение о развитии экспорта, что неминуемо приводило к применению передовых технологий в нефтедобыче и нефтепереработке. Однако, отбросы производства, нефтесодержащие сточные воды по-прежнему загрязняли почвы и водоемы. Проблема охраны окружающей среды не привлекала внимания руководителей государства, специалистов и общественности. Системы канализования нефтяных промыслов и нефтеперегонных производств практически отсутствовали. Стоки неочищенными сбрасывались на рельеф и в водоемы. Единственным видом очистных сооружений, применяемых на отдельных предприятиях отрасли для очистки нефтесодержащих сточных вод, являлись примитивные нефтеловушки. Они представляли собой обвалованные участки земли. Использование подобных сооружений приводило к заболачиванию и значительному загрязнению окружающей территории [110].
Смягчала экологическую ситуацию, как ни парадоксально, главная задача, которая стояла перед нефтяниками в данный период - рост объемов поставок углеводородного сырья и продуктов нефтепереработки потребителям. Недостаточные для удовлетворения спроса мощности нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих производств натолкнули на мысль об использовании отходов нефтепереработки для получения новых продуктов нефтяного характера. Приведем некоторые технические решения из этой области.
В качестве способа, применяемого для переработки нефтяных остатков с целью выделения парафинов, Mailhe предлагает пользоваться растворителем, в качестве которого используется метиловый спирт, поглощающий при нагревании все составные части остатков, кроме парафинов [146]. После охлаждения парафин полностью выпадает из раствора и может быть отделен декантацией.
Американскими авторами предлагается проект получения ценного продукта из кислотного остатка. Кислотный остаток, получаемый при обработке нефтепродуктов серной кислотой и содержащий асфальтоподобные вещества, обрабатывается растворителем, в который входит спирт и бензол [141]. После отделения раствора и отгонки растворителя получается продукт асфальтового характера, пригодный для применения в качестве краски.
Американский исследователь D.C. Collier предлагает проект извлечения масла из нефтеносных песков [142]. Нефтеносный материал смешивается с водой и мелкоизмельченным углем, коксом или другим подобным продуктом. Смесь подвергается перемешиванию, причем нефть и углистый материал агломерируются и всплывают на поверхность воды, а песок оседает на дно. Реализация данных и подобных технологий приводила к снижению нагрузки на окружающую среду от предприятий нефтяной отрасли.
Безусловно, массовая добыча нефти, интенсивное развитие отрасли, большая коммерческая эффективность инвестиций в данную отрасль толкали разработчиков и нефтепереработчиков на интенсификацию технологических процессов, не задумываясь об экологическом ущербе, наносимом производственной деятельностью. Потери нефти волновали нефтяников только как упущенная выгода. Ни о каком загрязнении окружающей среды и необходимости канализова-ния производства добычи и переработки нефти не было и мыслей. Внимание исследователей и технологов было направлено на сокращение потерь нефти и нефтепродуктов исключительно с целью повышения доходности производства.
Так, еще в 1875 году имеется сообщение об изобретении, позволяющем уменьшить текучесть и испаряемость нефти, что позволило бы сократить потери продукта при транспортировке и хранении. Изобретатель Г. Жордери заметил, что крепкий настой из корня мыльной травы (Saponaria) дает с нефтью пену густоты топленого свиного сала. В таком состоянии вещество не просачивается через щели бочек и испарение его весьма незначительно. По вычислениям Г.Жордери, «... расход на изготовление эмульсии и на оживление нефти не превосходит 3% ея ценности. Между тем, потеря нефти через испарение и утечку из бочек составляет около 10%. Поэтому надо полагать, что замечательное свойство мыльной травы найдет себе обширное применение и устранит причину частых пожаров в складах керосина и других осветительных товаров минерального происхождения» [66]. Тем временем состояние водоемов в связи с воздействием промышленных предприятий становится катастрофическим. Ученые занимаются решением данной задачи. Большой вклад в разработку методов очистки производственных сточных вод был сделан инженером-технологом органических веществ конца XIX - начала XX века Ланговым Сергеем Петровичем, профессором Императорского технического училища. Среди множества печатных трудов, посвященных химической технологии, ряд работ относится к рассмотрению вопросов очистки фабричных сточных вод [89]. Также в конце XIX в. - начале XX в. публикуются работы инженеров Енша А.К. [64], Кашкадамова В.П. [75], Мультановского П. [98], Новикова-Вакуленко Н.И. [103], Романовского Н.М. [119], занимавшихся проблемами очистки сточных вод развивающейся нефтяной промышленности и устранения промышленных отходов.
Так, в России начала XX века известна разработка конструкции печи для сжигания нефтяной грязи Н.И. Новикова-Вакуленко, которая являет собой первый образец техники, необходимой для обезвреживания остатков, образовавшихся от переработки нефти [103]. Установка выполнена в виде сдвоенной печи, каждая половина которой состоит из двух камер (рис. 2.1) Через топочные отверстия загружают передние камеры дровами и зажигают их. Когда камеры разогреются, открывают заслонки воронок в загрузочных люках и подают в камеры нефтяную грязь, после чего заслонки закрываются. Попадая на раскаленное дно камеры, грязь воспламеняется и горит, причем продукты горения из передних камер проходят в задние, подсушивая находящуюся там грязь.
Состояние систем очистки нефтесодержащих сточных вод в СССР и России
В зависимости от качества исходной нефти, глубины ее переработки, применяемых катализаторов, номенклатуры получаемых товарных продуктов нефтеперерабатывающие заводы делятся на следующие профили: топливного с неглубокой и глубокой переработкой нефти, топливно - масляного с неглубокой и глубокой переработкой нефти, топливно - нефтехимического с глубокой переработкой нефти. В зависимости от профиля нефтеперерабатывающего завода находится количество (рис.3.1) и качество сточных вод. нейтральных водах- 5000 мг / л и 15000мг / л нефтепродуктов в нефтесолесо-держащих водах. Остальные установки НПЗ поставляют от 50 до 300 мг/л нефтепродуктов со стоками. Таковы нормативы, характеризующие состояние систем водоотведения НПЗ к концу XX в.
На ранних же этапах развития нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и на предприятиях отрасли, созданных в период войны, системы водоотведения или вовсе отсутствовали или были простыми, малоэффективными и ненадежными. Так, на большинстве заводов в лучшем случае существовала общая система канализации, которая предусматривала совместный сбор, очистку и сброс всех сточных вод, образующихся от технологических установок и ливневых стоков, получаемых с территории завода. К началу 50-х годов на большинстве нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов существовала именно такая, общесливная система промышленно-ливневой канализации, которая позволяла достичь остаточного содержания нефтепродуктов в общем сбросе завода в количестве 325 мг/л сточных вод, что согласовывалось с Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий 1954 года выпуска (Н 101-54) [120].
В 1950-1955 годах развитие систем сбора и очистки сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств пошло по пути создания раздельной канализации. Так, на нефтеперерабатывающих заводах были выделены в самостоятельные системы сернисто-кислая, сернисто-щелочная (отработанные щелочи) и кислая. Применение таких схем несколько улучшило результаты очистки общего промышленного стока заводов. Однако в общую систему канализации продолжали поступать воды, от технологических установок, загрязненные нефтепродуктами и воды, загрязненные нефтепродуктами, солями (воды от подготовки нефти) и механическими примесями. Обе группы вод, попадая в общую систему канализации и перемешиваясь, давали общий сток, трудно поддающийся очистке. Остаточное содержание нефтепродуктов в сбрасываемых в водоемы стоках в подобных случаях составляло не менее 100 мг/л вместо 50 мг/л по установленной норме [68]. В связи с неудовлетворительными показателями работы очистных сооружений ряда нефтеперерабатывающих заводов, установленными во время обследования БашНИИНП, была осознана необходимость значительного повышения эффективности работы систем водоотведения. Успешное решение этой задачи могло быть основано на следующих главных принципах:
1)стоки могут быть очищены тем лучше, чем меньше этих стоков и однороднее их состав;
2)системы водоснабжения и канализации должны возвращать на завод наибольшее количество воды для повторного использования;
3) процессы, связанные с водоподготовкой и очисткой стоков, должны представлять определенное производство. Цехи, где осуществляются эти процессы, должны быть приравнены к объектам основного производственного назначения с четкой системой эксплуатации, снабжения и контроля.
В 1956 году была разработана и Министерством нефтяной промышленности СССР утверждена принципиальная схема водоснабжения и канализации нефтеперерабатывающих заводов, предусматривающая разделение стоков. Данной схемой предусматривалась доочистка неэмульсионных стоков на песчаных фильтрах после очистки в нефтеловушке и дополнительного отстоя в пруде. В последующем предусматривалась возможность подачи данного стока в оборотную систему. Практика очистки сточных вод показала отсутствие необходимости последующей доочистки стока на песчаных фильтрах. Для достижения ПДК по нефтепродукту достаточен 24 - часовой отстой в прудах.
В рамках практической реализации вышеназванных подходов к организации систем водоотведения НПЗ в январе 1957 года на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе было осуществлено разделение общего стока по разновидностям сточных вод, причем, не увеличивая состава и объема существующих сооружений канализации [99]. Здесь из общего стока были выделены наиболее загрязненные воды, представляющие собой эмульсионный сток, составляющий примерно третью часть всего стока. Остальные сточные воды, составляющие большую часть полного стока, являются неэмульсионными (табл. 3.1) и требуют для очистки, что было определено в процессе анализа эффективности схем водо-отведения, в 12 раз меньший объем очистных сооружений, чем для эмульсионного стока.
После разделения неэмульсионный сток стали направлять только в одну нефтеловушку, а эмульсионный сток - в отдельные нефтеловушки и затем на дополнительный отстой в аварийный амбар. Это привело к сокращению потребности в объеме очистных сооружений и позволило значительно повысить экономическую эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод за счет снижения капиталоемкости и эксплуатационных затрат на канализование с одновременным достижением установленных ПДК.
В семидесятые годы XX века в СССР, при проектировании канализации нефтеперерабатывающих заводов, придерживались норм технологического проектирования ВНТП - 25 —78, утвержденных Миннефтехимпромом в 1979году. При этом предусматривались две основные системы производственной канализации [101]:
1)для отведения и очистки нефтесодержащих нейтральных производственных и производственно - ливневых сточных вод.
2) для отведения и очистки производственных сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты и нефтяные эмульсии, соли, реагенты, другие органические и неорганические вещества. В состав комплекса очистных сооружений общего назначения для сточных вод нефтеперерабатывающих заводов входят сооружения механической и биохимической очистки - отдельные для первой и второй систем канализации; сооружения по разделке уловленных нефтепродуктов и обработке нефтяного шлама — общие для обеих систем. Кроме того, в зависимости от условий спуска стока в водоем может потребоваться также доочистка после биологической очистки и осветление на фильтрах при возврате в оборотную систему водоснабжения.
Принципиальная схема канализационных очистных сооружений НПЗ приводится на рисунке 3.2 [90]. Для механической очистки сточных вод НПЗ предусмотрены:
- ливнесброс - для перепуска сточных вод в аварийный амбар; аварийный амбар; песколовки; нефтеловушки; радиальные отстойники; напорные флотационные установки с 50 % - ной рециркуляцией сточных вод и их обработкой коагулянтом - сернокислым алюминием (в дозе 50 мг/л для 1 системы, 50 — 100 мг/л для 2 системы канализации в пересчете на сухое вещество) и флокулянтом -полиакриламидом (0,75 - 1,5 мг/л ) для выделения эмульгированных нефтепродуктов. Воздухом рекомендуется насыщать только рециркулируемую воду в количестве 3 -5% объема воды. Для лучшего смешения водо-воздушную смесь подают в герметичный напорный бак на 2 - 4 минуты, в котором поддерживается давление 0,3 - 0,4 МПа. Также для этих целей могут применяться песчаные фильтры. Общее содержание нефтепродуктов в сточных водах после сооружений механической очистки составляет по обеим системам канализации 25мг/л.
