СПОСОБ ОЧИСТКИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 2005 года по МПК C02F11/02 

Изобретение относится к способам очистки донных отложений, образовавшихся в процессе переработки производственных сточных вод, в частности, на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Известна линия для переработки нефтяных шламов и донных осадков нефтеловушек, флотаторов и шламонакопителей (патент РФ 2078739, C 02 F 9/00, 1993 г.), в которой нефтешлам и донный осадок разделяют при температуре 45°С, донный осадок подвергают термообработке паром при температуре 80°С в присутствии деэмульгатора и разделяют образовавшиеся три слоя: очищенный нефтепродукт, очищенная вода и механические примеси.

Недостатком данного способа является высокое содержание нефтепродуктов в механических примесях (5,8-7,3 об.%).

Известен способ обработки осадков сточных вод (патент РФ 2121982, C 02 F 11/00, 1995 г.), в котором первичный осадок и избыточный ил подвергают анаэробному сбраживанию в течение 6 суток, аэрируют одни сутки, промывают двумя объемами воды совместно с флокулянтом-анионом и уплотняют. Далее 10% осадка подвергают аэробной стабилизации в течение 6 суток, осадок обрабатывают флокулянтом-катионом и механически обезвоживают.

Недостатком данного способа при переработке осадка на нефтеперерабатывающем заводе является высокое содержание нефтепродуктов (3,8-4,1 об.%).

Известен способ биологической очистки сточных вод (патент США 4915840, C 02 F 11/02, 1990 г.), в котором уплотненный избыточный активный ил подвергают механическому обезвоживанию с применением флокулянтов. Обезвоженный ил подают на аэробную минерализацию в течение 18 суток при температуре 35-75°С и/или анаэробному сбраживанию при температуре 20-50°С или 45-60°С в течение 15-30 суток. Осадок после аэробной и/или анаэробной обработок компостируют или подвергают либо кислотной, либо щелочной обработке.

Недостатком данного способа является высокое остаточное содержание нефтепродуктов в полученном осадке (4,2-5,1 об.%).

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки нефтяных шламов и грунтов (патент РФ 2116265, C 02 F 11/00, 1996 г.), согласно которому нефтешлам нагревают до 40-50°С вместе с деэмульгатором и отстаивают с разделением его на нефтепродуктовую, водную, водно-иловую фазы и замазученные механические примеси. Затем механические примеси отмывают растворителем и водяным паром и обезвреживают в аэробных условиях при температуре 30-35°С в течение 2-3 суток и вывозят очищенные механические примеси на окружающую среду или используют при производстве строительных материалов.

Недостатком данного способа является высокое содержание остаточных нефтепродуктов в очищенных механических примесях (3,1-3,8 об.%).

Недостаток известных способов в том, что они не обеспечивают глубокой очистки донных отложений от нефтепродуктов и загрязняют окружающую среду.

В основу предложенного изобретения поставлена задача защиты окружающей среды от воздействия на нее отходов переработки донных осадков за счет увеличения степени их очистки.

Поставленная задача решается путем забора суспензии донных отложений с водой, взятых в объемном соотношении 1:(8-10), обезвоживании ее, тройной термообработки осадка при температуре 80°С в течение 24 ч каждая, анаэробной биологической очистки при 20-25°С в течение 20 суток при расходе биомассы 0,1-0,15 м³/м³ с концентрацией 8-10 кг/м³, стабилизации осадка в присутствии воздуха при расходе последнего 3-4 м³ на 1 м³ осадка и аэробной биомассы, взятой в количестве 0,1-0,15 м³/м³ осадка с концентрацией 3-5 кг/м³, в течение 24 часов при температуре 20-30°С, смешения осадка с грунтом и опилками в массовом соотношении 1:1:1 и аэробной доочистки смеси при температуре 20-30°С, влажности 40-60%, расходе биомассы 0,1-0,2 м³/м³ с концентрацией 3-5 кг/м³.

Отличительными признаками данного изобретения являются смешение осадка, полученного после стабилизации, с грунтом и опилками, аэробная доочистка этой смеси и условия ее проведения.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Суспензию донного осадка с водой, взятых в массовом соотношении 1:(8-10), направляют в дополнительную емкость для обработки донного осадка. После отстоя в течение 1 часа жидкость декантируют, а осадок подвергают обработке горячей водой (температура подаваемой воды 80°С), которую через 24 часа сливают. Обработку проводят трижды. Далее осадок подвергают анаэробной биологической очистке в течение 20 суток при температуре 20-30°С в присутствии аммофоса в количестве 2 кг/м³ и биомассы с концентрацией 8-10 кг/м³ при расходе биомассы 0,1-0,15 м³/м³. Каждые сутки проводят зачистку нефтепродуктов и воды.

Анаэробно обработанный осадок стабилизируют в течение 24 часов с подачей технического воздуха 3-4 м³ на 1 м³ осадка при температуре 20-30°С в присутствии аэробной биомассы в количестве 0,1-0,15 м³/м³ с концентрацией 3-5 кг/м³ и аммофоса из расчета 2 кг на 1 м³ биомассы.

Обезвреженный осадок вывозят на площадку, отведенную Муниципальным унитарным предприятием по благоустройству города (МУПБГ), и смешивают его с грунтом и опилками в объемном соотношении 1:1:1. Полученную смесь подвергают аэробной доочистке при температуре 20-30°С в присутствии биомассы с концентрацией 3-5 кг/м³ в количестве 0,1-0,2 м³/м³ и аммофоса в количестве 4 кг/м³. При этом влажность смеси поддерживают на уровне 40-60% путем рыхления смеси и ее орошения водой 2-3 раза.

Полученный грунт содержит следы нефтепродуктов и может быть использован в хозяйственных целях, например, при засыпке котлованов, проведении дорожных работ, при выравнивании площадок под строительство и так далее.

Промышленную применимость данного способа демонстрируют следующие примеры.

Опыты проводились в лабораторных условиях с донным осадком прудов дополнительного отстоя ОАО “НК - Роснефть - ТНПЗ” следующего состава, об.%:

углеводороды 20,5

в том числе: насыщенные 12,1

ароматические 5,1

асфальтены 2,8

смолы 0,5

механические примеси 26,5

вода 53,0

Для проведения испытаний использовали стальной и стеклянный реакторы, оснащенные механическими мешалками, емкостью 5 л и стабилизатор, оборудованный тепловым змеевиком, термометром, уровнемером и соединенный с линией подачи технического воздуха.

В качестве инокулянта для анаэробного обезвреживания осадка использовали комплекс анаэробной метаногенной ассоциации микроорганизмов, способных вызывать отторжение нефтепродуктов и твердых частиц и разрушение эмульсий, образуемых высокомолекулярными соединениями. Это микроорганизмы рода Arthrobactor, железобактерии рода Leptothrix, анаэробные бактерии сульфатредукторы, денитрификаторы, метаногены.

Штаммы отбирались на основе их способности продуцировать поверхностно-активные биовещества и окислять все группы углеводородов, имеющиеся в осадке.

Для стабилизации и аэробной обработки смеси осадка, грунта и опилок использовали комплекс микроорганизмов: Arthtrobacter siderocapsulatus, Arthrobactor tumscens, железобактерии рода Leptothrix, бактерии сульфатредукторы.

В качестве грунта использовали песок, не содержащий нефтепродуктов.

Анализ осадка проводили в соответствии с техническими условиями ТУ 38101011-82 с изменением 1 “Шламы нефтяные очистных сооружений”.

Пример 1

В стеклянный реактор помещали 300 мл донного осадка, содержащего 20,5 об.% углеводородов, и 3000 мл воды, перемешивали 20 минут, отстаивали в течение 10 часов и декантировали. Количество оставшегося обводненного осадка составило 375 мл. Он содержал 16,2 об.% углеводородов. Обводненный осадок подвергали обработке горячей водой (80°С) с 10-часовым перемешиванием и последующим отстаиванием в течение 24 часов при следующих условиях:

Таблица 1Номер циклаКоличество горячей воды, млКоличество осадка после слива горячей воды, млСодержание нефтепродуктов в осадке, об.%114637112,02150367,311,53157363,510,6

Полученный после трехразовой промывки осадок помещали в стальной реактор с 36,35 мл анаэробной биомассы концентрации 10 кг/м³ с добавлением в нее 0,73 мл питательного раствора (10%-ного аммофоса) из расчета 2 кг на 1 м³ биомассы, перемешивали и при температуре 25°С в течение 20 суток проводили анаэробное обезвреживание. При этом каждые сутки сливали образующуюся воду в количестве 138,7 мл. После анаэробного обезвреживания осадок содержал 4,8 об.% нефтепродуктов.

Полученный осадок в количестве 261,3 мл помещали в стабилизатор и подвергали аэробной стабилизации в присутствии технического воздуха в течение 24 часов при температуре 25°С, аэробной биомассы и аммофоса. При этом расход воздуха составляет 3,5 м³ на 1 м³ осадка, количество аэробной биомассы - 31,4 мл с концентрацией 4 кг/м³ с добавлением аммофоса из расчета 2 кг/м³ биомассы.

Полученный осадок в количестве 190,7 мл смешивали с грунтом и опилками в соотношении 1:1:1. К этой массе добавляли инокулянт аэробных бактерий в количестве 85,8 мл с концентрацией 4 кг/м³ и 1,7 мл 20%-ного питательного раствора аммофоса (из расчета 4 кг аммофоса на 1 м³ биомассы).

Обезвреживание проводили в течение 20 суток при 25°С, влажности 50%. Поддержание влажности осуществляли путем добавления к смеси воды и периодическом перемешивании слоя смеси толщиной 0,2-0,25 м.

В результате получен гидрофобный грунт качество которого приведено в таблице 2.

Пример 2

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что при анаэробном обезвреживании к донному осадку добавляли 47,25 мл анаэробной биомассы с концентрацией 9 кг/м³ и 0,95 мл питательного раствора. Обработку проводили при 23°С. Полученный осадок в количестве 268,5 мл содержал 5,1 об.% нефтепродуктов. Стабилизацию проводили при 20°С в течение 24 часов с добавлением 0,1 м³ биомассы на 1 м³ осадка с концентрацией 5 кг/м³ и расходе воздуха 3 м³ на 1 м³ осадка.

При аэробном обезвреживании смеси добавляли 161,1 мл инокулянта аэробных бактерий с концентрацией 3 кг/м³ и 3,22 мл 20%-ного раствора аммофоса. Аэробное сбраживание проводили при температуре 20°С и влажности 60%.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 3

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что при анаэробном обезвреживании к донному осадку добавляли 54,52 мл анаэробной биомассы с концентрацией 8 кг/м³ и 1,1 мл питательного раствора. Обработку проводили при 20°С. Полученный осадок в количестве 273,4 мл содержал 5,5 об.% нефтепродуктов.

Стабилизацию проводили при 30°С, расходе воздуха 4 м³/м³ осадка с добавлением биомассы из расчета 0,15 м³/м³ осадка с концентрацией 3 кг/м³.

При аэробном обезвреживании смеси добавляли 82,02 мл инокулянта аэробных бактерий с концентрацией 5 кг/м³ и 1,61 мл 20%-ного раствора аммофоса. Аэробное сбраживание проводили при температуре 30°С и влажности 40%.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 4 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что смесь для аэробного обезвреживания была приготовлена в объемном соотношении грунт : опилки : осадок, равном 0,8:1:1.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 5 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что смесь для аэробного обезвреживания была приготовлена в объемном соотношении грунт : опилки : осадок, равном 1,2:1:1.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 6 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что смесь для аэробного обезвреживания была приготовлена в объемном соотношении грунт : опилки : осадок равном 1:0,8:1.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 7 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что смесь для аэробного обезвреживания была приготовлена в объемном соотношении грунт : опилки : осадок равном 1:1,2:1.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 8 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что смесь для аэробного обезвреживания была приготовлена в объемном соотношении грунт : опилки : осадок равном 1:1:0,8.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 9 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что смесь для аэробного обезвреживания была приготовлена в объемном соотношении грунт : опилки : осадок равном 1:1:1,2.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 10 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что аэробное обезвреживание смеси проводили при температуре 15°С.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 11 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что аэробное обезвреживание смеси проводили при температуре 35°С.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 12 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что аэробное обезвреживание смеси проводили при влажности 30%.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 13 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что аэробное обезвреживание смеси проводили при влажности 70%.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 14 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что аэробное обезвреживание смеси проводили при расходе биомассы 0,12 м³/м³ смеси.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 15 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что аэробное обезвреживание смеси проводили при расходе биомассы 0,22 м³/м³ смеси.

Результаты испытаний представлены в таблице 2

Пример 16 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что аэробное обезвреживание смеси проводили при концентрации биомассы 3,5 кг/м³.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 17 (сравнительный)

Способ очистки донного осадка осуществляли по примеру 1 с той разницей, что аэробное обезвреживание смеси проводили при концентрации биомассы 5,5 кг/м³.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Пример 18 (по прототипу)

Донный осадок, используемый для испытаний в предыдущих примерах, в количестве 400 мл, разбавленный водой в соотношении 1:10, помещали в емкость, соединенную с линией водяного пара, и нагревали водяным паром до 45°С. Затем отстаивали его в течение 5 часов и отделяли от жидкой фазы. Количество полученного обводненного осадка составило 500 мл. Его состав, об.%:

механические примеси 21,5

вода 62,7

нефтепродукты 15,8.

В емкость с осадком добавляли 250 мл бензиновой фракции, выкипающей в пределах температур н.к. 62°С, и вводили в водяной пар в течение 15 минут. После отстаивания (1 час) жидкую фазу сливали и донный осадок обрабатывали водяным паром еще 15 минут с последующим отделением водной фазы. Затем в емкость добавляли аэробный инокулянт, сжатый воздух и водяной пар для создания интенсивной аэрации и поддержания температурной среды 30°С. Периодически донный осадок с инокулянтом перемешивали. Через двое суток после расслоения осадок отделяли от жидкости и анализировали. Состав полученного осадка, об.%:

механические примеси 31,2

вода 61,0

нефтепродукты 7,8

Как видно из представленных в таблице 2 результатов, предложенный способ очистки донных отложений позволяет снизить содержание нефтепродуктов в грунтовой смеси в сравнении с прототипом на 92,8% (пр.1-3, 18).

Однако эти результаты достижимы только при наличии дополнительной стадии доочистки смеси очищенного донного осадка, грунта и опилок и заявленных условий проведения этой стадии.

Так, при нарушении заявленного соотношения компонентов в смеси (пр. 4-7, 9) количество вредных веществ в смеси увеличивается. И только при уменьшении количества осадка в смеси ниже заявленного (пр. 8) количество примесей осталось на уровне примеров 1-3, но при этом будет большее количество смеси и соответственно потребуется большая аэробная площадка, большее количество аэробного инокулянта. Снижение показателей чистоты грунтовой смеси наблюдается и при уменьшении и увеличении температуры доочистки (пр. 10-11), влажности смеси (пр. 12, 13), уменьшении расхода биомассы и ее концентрации (пр. 14 и 16). В случае увеличения расхода биомассы и ее концентрации (пр. 15 и 17) показатели остаются высокими, но повышенный расход биомассы экономически не оправдан.

Изобретение относится к способу очистки донных отложений, образовавшихся в процессе переработки производственных сточных вод, в частности, на нефтеперерабатывающих предприятиях. Очистку донных отложений осуществляют обезвоживанием суспензии донных отложений и воды и термообработкой осадка горячей водой при 80°С в течение 24 часов (3 раза). Затем проводят анаэробную биологическую очистку при расходе биомассы 0,1-0,15 м³/м³ с концентрацией 8-10 кг/м³ при температуре 20-25°С в течение 20 суток; аэробную стабилизацию в присутствии воздуха при 20-30°С в течение 24 часов. После биологической очистки осадок смешивают с грунтом и опилками в соотношении 1:1:1 и подвергают аэробной доочистке смеси при температуре 20-30°С, влажности 40-60%, расходе биомассы 0,1-0,2 м³/м³ с концентрацией 3-5 кг/м³. Технический эффект - защита окружающей среды от воздействия на нее отходов переработки донных осадков за счет увеличения степени их очистки. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ очистки донных отложений, включающий обезвоживание суспензии донных отложений и воды, термообработку осадка, биологическую очистку, отличающийся тем, что осадок после биологической очистки смешивают с грунтом и опилками в объемном соотношении 1:1:1 и подвергают аэробной доочистке при температуре 20-30°С, влажности 40-60%, расходе биомассы 0,1-0,2 м³/м³ с концентрацией 3-5 кг/м³.2. Способ очистки донных отложений по п.1, отличающийся тем, что термообработку осадка проводят водой при температуре 80°С в течение 24 ч и операцию повторяют три раза, а биологическую очистку проводят анаэробную при расходе биомассы 0,1-0,15 м³/м³ с концентрацией 8-10 кг/м³, температуре 20-25°С в течение 20 суток, затем осадок подвергают стабилизации в течение 24 ч при температуре 20-30°С, расходе воздуха 3-4 м³ на 1 м³ осадка в присутствии аэробной биомассы, взятой в количестве 0,1-0,15 м³/м³ осадка с концентрацией 3-5 кг/м³.