СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 1996 года по МПК C02F3/32 C02F3/34 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано на предприятиях нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газоперерабатывающей промышленности для очистки сточных вод.

Известен способ биологической очистки сточных вод [1] включающий следующие ступени: механическое удаление примесей, анаэробную очистку, отстой в течение 2-10 ч с рециркуляцией части осадка на анаэробную очистку, аэробную очистку, отстой с рециркуляцией части осадка на аэробную очистку. При этом биоценоз, образованный на стадии анаэробной очистки, поддерживают отдельно от биоценоза аэробной очистки. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать органические и некоторые неорганические вещества, растворенные в сточных водах, для питания в процессе жизнедеятельности. При этом происходит процесс прироста биомассы, которая является составной частью активного ила. В первичных и вторичных отстойниках образуются осадки (избыточный активный ил), которые следует утилизировать или обрабатывать, с целью уменьшения загрязнения биосферы. Обработка и утилизация этих осадков весьма затруднена из-за большого их количества, разного состава и высокой влажности. Для обработки и обезвреживания осадков используют различные технологические процессы, требующие больших капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Кроме того, обработанные и обезвреженные осадки в основном идут в отвалы и в настоящее время остро стоит вопрос об их утилизации, что тоже требует больших затрат.

Недостатками этого способа являются высокие капитальные и эксплуатационные затраты на перекачку, обработку и обезвреживание осадков, низкая степень очистки воды (по БПК₅ 95%).

Известен способ биологической очистки сточных вод [2] активным илом, содержащим бактерии рода Leptothrix в присутствии солей двухвалентного железа.

Недостатком этого способа следует признать возврат значительной части активного ила, а вместе с ним и воды, количество которой доходит до 50% от общего количества подвергаемого очистке стока, в голову сооружения.

Биоценоз, обитающий в зоне очищенной воды (после вторичного отстойника), переносится в зону очень грязных сточных вод, поступающих на биологическую очистку. Это приводит к подавлению жизнедеятельности гидробионтов, нарастанию избыточного активного ила и неудовлетворительной очистке по взвешенным веществам (вынос ила до 100 мг/л). Микробное число очищенной воды довольно высоко и требуется ее обеззараживание.

Кроме того, реализация этого способа связана с большими капитальными и эксплуатационными затратами на обработку и утилизацию осадка, а также с большими энергетическими затратами на перекачку воды с возвратным илом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод [3] включающий отстаивание, предварительную аэрацию с избыточным активным илом, флотацию, биологическую очистку в аэротенке-смесителе, отделение активного ила от воды во вторичном отстойнике, биологическую очистку на биофильтре, смешение очищенной сточной воды с реагентом и отделение воды от активного ила в третичном отстойнике, возврат 1^'2 части осадка третичного отстойника на флотацию. Избыточный активный ил после биологической очистки в аэротенке-смесителе подают на стадию предварительной аэрации, а циркулирующий активный ил после регенерации возвращают в аэротенк.

Недостатком способа-прототипа являются низкая степень очистки (БПК₅ 7 г О₂/м³; ХПК 48 г О₂/м³; содержание общего азота 21,8 г/м³; содержание взвешенных веществ 6 г/м³), большое количество образующихся в процессе отходов и, как следствие, большие капитальные и эксплуатационные затраты на их обработку, а также большие энергетические затраты на перекачку воды с возвратным илом. Кроме того, требуется обеззараживание очищенной воды.

Задача предлагаемого изобретения состоит в снижении капитальных и эксплуатационных затрат, повышении степени очистки, уменьшении количества отходов и исключении обеззараживания очищенной воды химическими реагентами.

Поставленная задача решается очисткой промышленных сточных вод на пяти стадиях, в следующей последовательности.

На первой стадии (анаэробной) очищаемую воду пропускают в течение 1,5-2 ч через загрузку с иммобилизованными микроорганизмами анаэробными бактериями, такими как сульфатредукторы, денитрификаторы, метаногены, железовосстанавливающие бактерии, артробактерии, при этом загрузка представляет собой стеклянные или базальтовые, или синтетические волокна в виде ершей или насадки "Вия", а в качестве источника биогенных элементов используют третью часть избыточной биомассы первой и третьей стадий после ее сбраживания в анаэробных условиях.

На второй стадии осуществляют флотацию нерастворимых веществ, при этом в качестве флокулирующего агента используют две трети сброженной избыточной биомассы первой и третьей стадий.

На третьей (интенсивно-аэробной) стадии очищаемую воду в течение 2-3 ч пропускают через аэротенк с загрузкой, выполненной из синтетических волокон в виде нитей или насадки "Вия", на которой иммобилизованы артро- и железобактерии.

На четвертой стадии (микроаэрофильной) воду пропускают в течение 4-6 ч через аэротенк с простейшими, коловратками и ракообразными, иммобилизованными на загрузке, выполненной из синтетического и/или минерального волокна в виде прошивного полотна или в виде насадки "Вия".

На пятой стадии очищаемую воду направляют в пруд с фильтраторами, высшими водными растениями и водорослями, где в течение 6-8 ч проводят доочистку и обеззараживание воды.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются количество стадий очистки, их последовательность и распределение анаэробно-сброженной биомассы.

На первой стадии происходит очистка воды от кислородсодержащих органических соединений, сульфатов и нитратов в присутствии анаэробных бактерий, фиксированных на стеклянных и/или базальтовых и/или синтетических волокнах, выполненных в виде ерша и/или вии. Массообмен между иммобилизованными на насадке бактериями и очищаемой водой обеспечивается течением жидкости сквозь насадку.

На второй стадии флотацией удаляют нерастворимые диспергированные примеси, снижают концентрацию легкоокисляемых веществ и бактерий, насыщают воду кислородом.

На третьей стадии (интенсивно-аэробной) происходит основной процесс окисления нефтепродуктов и других растворенных в воде органических загрязнителей, который требует большого количества кислорода. Поэтому здесь применяют интенсивную струйную аэрацию. Углеводородокисляющие микроорганизмы на этой стадии иммобилизуют на регулярной волокнистой насадке, изготовленной из синтетических (капроновых, полипропиленовых) волокон в виде вии или нитей (кордовой ткани). Такую насадку (в отличие от ершей) нет необходимости регенерировать, так как она не объемная, а плоская и не обрастает до такого состояния, чтобы препятствовать интенсивному массообмену.

На четвертой стадии происходит выедание избыточной микробной биомассы (избыточного активного ила) гидробионтами простейшими, коловратками, ракообразными. Аэрация воды осуществляется эжектированием рециркуляционного потока очищенной воды, а это, в свою очередь, позволяет использовать регулярную волокнистую насадку, выполненную не только из синтетического, но и из минерального волокна в виде прошивного полотна и/или в виде вии.

На пятой стадии происходит доочистка воды высшими водными растениями и фильтраторами. На этой стадии фильтраторы поедают простейших, поступивших с четвертой стадии. Насыщение воды кислородом происходит за счет жизнедеятельности водорослей и высших водных растений. Для предупреждения проскока недостаточно очищенной воды и обеспечения направленного потока очищаемой воды в пруду, последний секционируют с помощью растянутых тканей из синтетических материалов.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходные сточные воды после механической очистки поступают на анаэробную ступень очистки, куда подается 1/2 часть сброженной биомассы. Избыточную биомассу из первой анаэробной ступени подают в емкость анаэробного сбраживания. Затем вода поступает во флотатор, куда подают 2/3 части сброженной биомассы в качестве флокулирующего реагента. Шлам из флотатора подают на установку переработки осадков, а осветленную воду на третью ступень очистки на аэротенк, где происходит интенсивное окисление органических примесей. Избыточную биомассу из третьей ступени подают в емкость анаэробного сбраживания, а вода поступает на четвертую аэрофильную стадию, где происходит доочистка воды и выедание взвешенного органического вещества (биомассы) различными гидробионтами. Необходимое количество кислорода обеспечивают эжекционным рециркулированием очищенной воды после четвертой стадии на вход этой же стадии. Далее воду подают на тонкую доочистку в пруд с фильтраторами, высшими водными растениями и водорослями, которые снижают общее микробное число.

П р и м е р 1. Очистку сточных вод Краснодарского НПЗ проводили на лабораторной установке, в состав которой входят первичный отстойник, анаэробный реактор емкостью 5 л, флотатор, аэротенк-смеситель емкостью 4 л, биореактор емкостью 8 л, аквариум емкостью 15 л и сосуд для анаэробного сбраживания избыточной биомассы.

На установку подают сточную воду, прошедшую очистку на решетках и песколовках, нефтеловушках. Осаждение более крупных взвесей происходит в первичном отстойнике в течение 0,5 ч, после чего вода поступает в анаэробный реактор, где при постоянном перемешивании контактирует с расположенными там бактериями в течение 2 ч при температуре 20^оС и рН 7,5. Для иммобилизации бактерий используют стекловолокно, выполненное в виде ерша. Избыточная биомасса анаэробной стадии поступает в сосуд анаэробного сбраживания на 48 ч, а вода поступает во флотатор. Осветленная вода после флотатора поступает в аэротенк интенсивной аэробной очистки, оборудованный насадкой из капроновой текстурированной нити в виде вии в количестве 1:100 по объему. Аэрацию осуществляют барботированием воздухом в течение 2,5 ч. Избыточная биомасса после встряхивания нитей поступает в сосуд анаэробного сбраживания, откуда 1/3 возвращается в анаэробный реактор, а 2/3 во флотатор в качестве флотореагента.

Вода после интенсивной аэробной очистки поступает в биореактор с эжекционной рециркуляцией воды, оборудованный насадкой из капронового волокна в виде вии, где в течение 5 ч происходит доочистка воды от взвешенного органического вещества (бактерий). Кислород, необходимый для жизнедеятельности биоценоза этой стадии, обеспечивают эжектированной рециркуляцией воды после этой стадии на вход в биореактор. Коэффициент рециркуляции 0,3.

Вода после четвертой стадии поступает в аквариум на тонкую доочистку высшими водными растениями в течение 7 ч. Качество сточной воды по стадиям очистки характеризуется показателями, представленными в таблице.

П р и м е р 2. Способ осуществляют по примеру 1, только время пребывания очищаемой воды на первой стадии 1,5 ч, на второй 0,5 ч, на третьей 3 ч, на четвертой 4 ч, на пятой 8 ч, а время анаэробного сбраживания 24 ч.

Качество очищенной воды представлено в таблице.

П р и м е р 3. Способ осуществляют по примеру 1, только время пребывания очищаемой воды на первой стадии 1,8 ч, на второй 0,5 ч, на третьей 2 ч, на четвертой 6 ч, на пятой 6 ч, а время анаэробного сбраживания 72 ч.

Качество очищенной воды представлено в таблице.

П р и м е р 4 (сравнительный). Способ осуществляют по примеру 1, только сброженную биомассу распределяют между первой стадией и флотатором в соотношении 1/4 и 3/4 соответственно.

Качество очищенной воды представлено в таблице.

П р и м е р 5 (сравнительный). Способ осуществляется по примеру 1, только сброженную биомассу распределяют между первой стадией и флотатором в соотношении 2/3 и 1/3 соответственно.

Качество очищенной воды представлено в таблице.

П р и м е р 6 (по прототипу). Очистку сточной воды Краснодарского НПЗ того же состава, что и в примерах 1-5, проводили на лабораторной установке, в состав которой входят первичный отстойник, преаэратор емкостью 1 л, флотатор, аэротенк-смеситель емкостью 8 л, вторичный отстойник, биофильтр, емкость с раствором сернокислого алюминия, третичный отстойник.

Сточная вода после первичного отстойника поступает в преаэратор, где смешивается с активным илом из расчета 0,15 г/л. Продолжительность преаэрации 20 мин. Затем смесь воды и ила осветляется во флотаторе и поступает на биологическую очистку в аэротенк-смеситель на 3,6 ч. Отделение активного ила от очищаемой воды происходит во вторичном отстойнике в течение 1,5-2 ч. Циркуляционный активный ил возвращается в аэротенк, а избыточный ил направляется в преаэратор. После вторичного отстойника воду подают на биофильтр. Разделение воды и осадка происходит в третичном отстойнике. Очищенная вода имеет качество, представленное в таблице.

Как видно из таблицы, предложенный способ позволяет очистить сточные воды без отстойников не только от растворенных, но и от взвешенных органических веществ, то есть клеток микроорганизмов. Это позволяет полностью избавиться от отстойников и исключает необходимость обработки и утилизации осадков избыточного ила.

Степень очистки воды выше, чем у прототипа, не только по БПК₅, ХПК и взвешенным веществам, но и по общему микробному числу. Снижение общего микробного числа не только исключает ступень обеззараживания очищенной воды химическими реагентами, но и обеспечивает экологическую чистоту способа отсутствием бактериальных аэрозолей.

Однако следует отметить, что при другом распределении анаэробно-сброженной биомассы между первой и второй стадиями (примеры 4 и 5) наблюдается недостаточная очистка воды.

Так, в примере 4 наблюдается вынос большого количества анаэробной биомассы, что ухудшает процесс очистки на третьей стадии и приводит к повышению количества взвешенных веществ в очищенной воде. В примере 5 во флотатор подается недостаточное количество флокулирующего реагента, что ухудшает качество очистки воды во флотаторе и на последующих стадиях.

Использование: очистка промышленных сточных вод предприятий нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газоперерабатывающей промышленности. Сущность: очистку осуществляют в пять стадий в следующей последовательности: анаэробная, микроаэрофильная, интенсивно-аэробная, аэрофильная и с естественной аэрацией. При этом часть биомассы с первой и третьей стадий подвергают анаэробному сбраживанию и возвращают на первую и вторую стадии в соотношении 1/3 и 2/3 соответственно. 1 табл.

СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД, предусматривающий отстаивание, биологическую аэробную очистку в аэротенке-смесителе и флотацию, отличающийся тем, что процесс очистки проводят постадийно в пять стадий в следующей последовательности: на первой - анаэробной - очищаемую воду пропускают через загрузку с иммобилизованными микроорганизмами в течение 1,5 - 2 ч, при этом загрузка представляет собой стеклянные или базальтовые волокна в виде ершей или "насадки ВИЯ", на второй стадии осуществляют флотацию нерастворимых веществ, на третьей - интенсивно аэробной - очищаемую воду в течение 2 - 3 ч пропускают через аэротенк с загрузкой, выполненной из синтетических волокон в виде нитей или "насадки ВИЯ", на которой иммобилизованы артро- и железобактерии, на четвертой стадии - микроаэрофильной - воду пропускают через аэротенк с простейшими, коловратками и ракообразными, а также загрузкой, выполненной из синтетического и минерального волокна в виде прошивного полотна или в виде "насадки ВИЯ", на пятой стадии очищаемую воду направляют в пруд с высшими водными растениями и водорослями на период 6 - 8 ч на доочистку, при этом первую часть избыточной биомассы после анаэробной очистки направляют на сбраживание, откуда 1/3 часть ее направляют на вторую стадию в качестве флоккулирующего агента, а оставшуюся часть биомассы после сбраживания - обратно на анаэробную стадию очистки.