СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2006 года по МПК C02F9/14 C02F1/24 C02F1/74 C02F3/10 C02F3/30 C02F101/32 

Изобретение предназначено для очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов и может быть использовано на предприятиях нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газоперерабатывающей промышленности.

Известен способ очистки сточных вод (авторское свидетельство СССР №833582, кл. С 02 F 3/00, 1981 г.), 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 осадка из 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 являются низкая степень очистки (БПК₅ 7 г О₂/м³; ХПК 48 г О₂/м³; содержание общего азота 218 г/м³; содержание взвешенных веществ 6 г/м³), большое количество образующихся в процессе отходов и низкая скорость очистки (0,4 м³/ч). Кроме того, требуется обеззараживание очищенной воды.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сточных вод (патент РФ №2057086, кл. С 02 F 3/32, 1996 г.) пятью стадиями 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 флоккулирующего агента используют две трети сброженной 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.

Недостатками данного способа очистки являются большое количество стадий очистки, и, как следствие, высокие капитальные и эксплуатационные затраты и низкая скорость очистки (250-300 м³/ч).

Эти недостатки можно устранить, используя предлагаемый способ очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающий флотацию, биологическую интенсивную аэрацию, биологическую доочистку и тонкую доочистку, причем на стадиях биологической интенсивной аэрации и биологической доочистки в качестве насадки для биоценоза используют нетканый материал из полипропилена - геосинтетик - с размером пор 80-230 мкм, толщиной полотна 0,30-0,55 мм, его количество должно составлять 0,45-1,43 г/л очищаемой воды, а избыточную биомассу подвергают анаэробному сбраживанию и 1/3 часть ее используют при флотации, а 2/3 отправляют на биологическую очистку нефтешлама. Использование геосинтетика в качестве наполнителя для биоценоза позволяет не только исключить анаэробную стадию очистки сточной воды, но и увеличить скорость пропускания воды через биофильтры и, следовательно, объем очищаемой воды.

Способ осуществляют следующим образом. Исходные сточные воды после механической очистки поступают во флотатор, куда подают 1/3 часть сброженной биомассы в качестве флоккулирующего реагента. Шлам из флотатора подают на установку переработки донных отложений, а осветленную воду - на стадию биологической интенсивной аэрации, где происходит интенсивное окисление органических примесей с помощью биоценоза, закрепленного на геосинтетике. Избыточную биомассу подают на анаэробное сбраживание, а вода поступает на биологическую доочистку с помощью биоценоза, закрепленного на геосинтетике. Избыточная биомасса на этой стадии поедается различными гидробионтами. Необходимое количество кислорода обеспечивают эжекционным рециркулированием части очищенной воды после стадии биологической доочистки на входе этой же стадии. Далее воду подают на тонкую доочистку в пруд с высшими водными растениями и водорослями, которые снижают общее микробное число. Осуществление способа иллюстрируют следующие примеры. Для очистки использовали сточные воды Туапсинского НПЗ с показателями качества:

Таблица 1ПоказателиВеличинаСодержание взвешенных веществ, г/м³48БПК₅, мг/дм³60ХПК мг/дм³250Азот аммонийный, г/м³5Фосфор, г/м³2Нефтепродукты, г/м³14,8Фенолы, г/м³2,5Нафтеновые кислоты, г/м³5,5Эфирорастворимые вещества, г/м³52

Опыты проводили на лабораторной установке, в состав которой входят первичный отстойник, флотатор, два последовательно расположенных аэротенка-смесителя емкостью 4 л, биореактор емкостью 8 л, аквариум емкостью 16 л и сосуд для анаэробного сбраживания избыточной биомассы. Аэротенки-смесители снабжены системой аэрации и насадкой для иммобилизации нефтеокисляющих микроорганизмов. В качестве биоценоза использовали активный ил, который содержал такие микроорганизмы, как артробактерии, например, Arthrobakter siderocapsulatus, Arthrobakter tumescens, железобактерии, например, рода Leptothrix и другие.

Пример 1

На установку подают сточную воду, прошедшую очистку на решетках и песколовках, нефтеловушках. Осаждение более крупных взвесей происходит в первичном отстойнике, после чего вода поступает во флотатор. В качестве флоккулянта используют анаэробно-сброженную биомассу. Осветленную воду после флотатора подают в два последовательно расположенных аэротенка на биологическую интенсивную аэрацию со скорость 500 м³/час. Аэротенки оборудованы насадкой из геосинтетика с размером пор 135 мкм, толщиной 0,43 мм в количестве 0,94 г/л очищаемой воды. Для обеспечения жизнедеятельности биоценоза необходимо подавать питательные добавки в виде аммофоса при соотношении БПК:К:Р, равном 100:5:1. Очистку осуществляют при температуре 28°С и расходе воздуха 2,9 м³ воздуха/м³ воды. Далее вода со скоростью 500 м³/час поступает на биологическую доочистку, снабженную насадкой с теми же характеристиками, что и на предыдущей стадии. Очистку осуществляют при температуре 28°С. Кислород, необходимый для жизнедеятельности биоценоза на этой стадии, подают путем эжектирования очищенной на этой стадии воды на вход в биореактор. Коэффициент рециркуляции - 0,3. Избыточная биомасса после стадий биологической очистки поступает в емкость для анаэробного сбраживания, откуда 1/3 часть ее подают флотацию, а 2/3 части используют для очистки донных отложений.

Далее вода при температуре 28°С поступает в аквариум на тонкую доочистку высшими водными растениями в течение 7 часов.

Характеристика используемой насадки и качество сточной воды по стадиям очистки представлены в таблицах 2 и 3.

Пример 2

Способ осуществляют по примеру 1 с той разницей, что в качестве насадки используют геосинтетик с размером пор 80 мкм, толщиной 0,55 мм в количестве 1,43 г/л, скорость подачи воды - 450 м³/час, температура очистки 25°С, расход воздуха на стадии биологической интенсивной аэрации 3,0 м³ возд./м³ воды, а тонкая доочистка длилась 6 часов. Характеристика насадки и качество очищенной воды представлены в таблицах 2 и 3.

Пример 3

Способ осуществляют по примеру 1 с той разницей, что в качестве насадки используют геосинтетик с размером пор 230 мкм, толщиной 0,3 мм в количестве 0,45 г/л, скорость подачи воды 600 м³/час, температура доочистки 30°С, а тонкая доочистка длилась 8 часов. Характеристика насадки и качество очищенной воды представлены в таблицах 2 и 3.

Пример 4 (сравнительный)

Способ осуществляют по примеру 1 с той разницей, что в качестве насадки используют геосинтетик с размером пор 70 мкм, толщиной 0,59 мм в количестве 0,61 г/л, скорость подачи воды 450 м³/час, а количество подаваемой биомассы во флотатор составляет 1/2 часть от избыточной биомассы. Характеристика насадки и качество очищенной воды представлены в таблицах 2 и 3.

Пример 5 (сравнительный)

Способ осуществляют по примеру 1 с той разницей, что в качестве насадки используют геосинтетик с размером пор 230 мкм, толщиной 0,25 мм в количестве 0,45 г/л, скорость подачи воды 450 м³/час, а количество подаваемой биомассы во флотатор составляет 1/4 часть от избыточной биомассы.

Характеристика насадки и качество очищенной воды представлены в таблицах 2 и 3.

Пример 6 (сравнительный).

Способ осуществляют по примеру 1 с той разницей, что в качестве насадки используют геосинтетик в количестве 0,4 г/л, а скорость подачи воды составляет 450 м³/час. Характеристика насадки и качество очищенной воды представлены в таблице 2 и 3.

Пример 7 (сравнительный).

Способ осуществляют по примеру 1 с той разницей, что в качестве насадки используют геосинтетик в количестве 1,55 г/л, а скорость подачи воды составляет 450 м³/час. Характеристика насадки и качество очищенной воды представлены в таблицах 2 и 3.

Пример 8 (по прототипу).

Способ осуществляют на лабораторной установке, включающей первичный отстойник, анаэробный реактор емкостью 5 л, флотатор, аэротенк-смеситель емкостью 4 л, биореактор емкостью 8 л, аквариум емкостью 16 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°С 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, 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 часов 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. Скорость подачи воды составляет 250 м³/час. Характеристика насадки и качество очищенной воды представлены в таблицах 2 и 3.

Пример 9 (по прототипу)

Способ осуществляют по примеру 8 с той разницей, что скорость подачи воды - 450 м³/час.

Характеристика насадки и качество очищенной воды представлены в таблицах 2 и 3.

Как видно из представленных результатов, предложенный способ очистки сточных вод от нефтепродуктов позволяет сократить стадию анаэробной очистки, осуществлять очистку при более высоких скоростях и, следовательно, в большем объеме (пример 1-3). Однако эти результаты достижимы только в заявленных пределах характеристики используемой насадки для биоценоза, ее количестве на один литр очищаемой воды и количестве анаэробной биомассы, подаваемой на флотацию.

Так, например, уменьшение размера пор геосинтетика и увеличение его толщины (пример 4) не обеспечивают высокой степени очистки воды. Использование геосинтетика с толщиной ниже заявленной (пример 5) и снижение количества насадки (пример 6) приводят к снижению показателей очистки воды на всех стадиях. Увеличение количества насадки выше заявленного (пример 7) не приводит к дальнейшему улучшению очистки воды. Количество биомассы, подаваемой на флотацию, выше и ниже заявленного (пример 4 и 5) ухудшает качество очистки воды.

Пример 9, проведенный в условиях способа-прототипа, но со скоростью подачи воды по предлагаемому способу, показывает низкую степень очистки.

Таблица 2
Характеристика используемой насадкиПример №Показатели насадкиСкорость прохождения воды, м³/часКоличество биомассы, подаваемой на флотацию, частьнаименованиеколичество насадки, г/лпористость, мкмтолщина, мм1.Геосинтетик0,941350,435001/32.-//-1,43800,554501/33.-//-0,452300,306001/34. ср.-//-0,61700,594501/25. ср.-//-0,452300,254501/46. ср.-//-0,401350,434501/37. ср.-//-1,551350,434501/38. пр.Капроновая текстурированная нить в виде ВИИ---2502/39. пр.-//- --4502/3

Таблица 3
Качество очищаемой воды№ ппПоказателизначение показателей по примерампосле флотациипосле биологической интенсивной аэрации1234567891234567891.Содержание взвешенного вещества, г/м³30303138,239,339,6303038,88,58,78,528,228,628,88,525292.БПК, мг/дм³4041424547484140442323222931342325383.ХПК, мг/дм³1681711701801841891701701717878788587897880884.Азот аммонийный, г/м³4,64,74,66,26,2674,64,55,80,30,30,32,12,32,40,322,85.Азот нитратов, г/м³отс.отс.отс.0,010,010,01отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.0,016.Азот нитритов, г/м³отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.7.Фосфор, г/м³1,61,61,61,81,81,81,60,21,60,150,150,150,50,60,60,150,20,68.Нефтепродукты, г/м³1010,810,513,213,813,910,6910,80,80,80,95,65,85,80,812,89.Фенолы, г/м³1,71,81,822,12,11,712,10,010,010,010,80,80,80,010,010,910.Нафтеновые кислоты, г/м³3,53,83,54,14,54,53,624,20,40,40,41,21,21,20,40,51,111.Эфирорастворимые вещества, г/м³3535,235,138,242,242,6353036,822222329,1353622253112.Общее микробное число, кл/л                  13.Эффективность очистки, %                   по взвешенным веществам                   по БПК                   по ХПК                   по нефтепродуктам                  

Продолжение Таблицы 3№ ппПоказателиЗначение показателей по примерампосле биологической доочисткипосле тонкой доочистки1234567891234567891.Содержание взвешенного вещества, г/м³6,26,36,517,118,618,86,41519,243,5466,863,856,52.БПК, мг/дм³10,510,410,516,617,517,610,5121821,523,23,53,51,823,83.ХПК, мг/дм³54,254,654,267,568,269,154,34862,23029303840422932394.Азот аммонийный, г/м³0,20,20,21,51,51,70,20,51,2отс.отс.отс.0,70,70,7отс.0,30,85.Азот нитратов, г/м³0,50,50,51,21,21,20,511,40,30,30,30,50,50,50,30,50,66.Азот нитритов, г/м³сл.сл.сл.сл.сл.сл.сл.отс.сл.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.отс.7.Фосфор, г/м³0,10,10,10,20,20,20,10,20,20,050,050,050,10,10,10,050,10,18.Нефтепродукты, г/м³0,050,050,052,83,13,30,050,053,2отс.отс.отс.2,12,52,4отс.отс.2,89.Фенолы, г/м³0,0010,0010,0010,30,30,30,0010,0010,3отс.отс.отс.0,050,050,05отс.отс.0,0610.Нафтеновые кислоты, г/м³0,10,10,10,70,80,90,10,50,8отс.отс.отс.0,20,20,2отс.0,10,311.Эфирорастворимые вещества, г/м³1413,91416,718,619, 2141517,28891315188101412.Общее микробное число, кл/л         333,15,15,55,534613.Эффективность очистки, %                   по взвешенным веществам         91,692,691,689,585,889,592,19089 по БПК         96,697,596,694,694,194,69796,689,1 по ХПК         8888,48884,88484,888,487,284,4 по нефтепродуктам         10010010085,983,185,910010081,1

Изобретение предназначено для очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов и может быть использовано на предприятиях нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газоперерабатывающей промышленности. Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов включает флотацию, биологическую интенсивную аэрацию, биологическую доочистку и тонкую доочистку. На стадиях биологической интенсивной аэрации и биологической доочистки в качестве насадки для биоценоза используют нетканый материал из полипропилена - геосинтетик - с размером пор 80-230 мкм, толщиной полотна 0,30-0,55 мм, его количество должно составлять 0,45-1,43 г/л очищаемой воды. Избыточную биомассу подвергают анаэробному сбраживанию и 1/3 часть ее используют при флотации, а 2/3 - отправляют на биологическую очистку нефтешлама. Технический результат: снижение количества стадий очистки, капитальных и эксплуатационных затрат, а также скорости очистки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов, включающий флотацию, биологическую интенсивную аэрацию, биологическую доочистку и тонкую доочистку, отличающийся тем, что на стадиях биологической интенсивной аэрации и биологической доочистки в качестве насадки для биоценоза используют нетканый материал из полипропилена - геосинтетик с размером пор 80-230 мкм, толщиной полотна 0,30-0,55 мм, его количество должно составлять 0,45-1,43 г/л, а избыточную биомассу подвергают анаэробному сбраживанию и 1/3 часть ее используют при флотации, а 2/3 отправляют на биологическую очистку нефтешлама.2. Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов по п.1, отличающийся тем, что биологическую интенсивную аэрацию осуществляют при температуре 25-30°С, расходе воздуха 2,9-3,0 м³ воздуха/м³ воды и расходе стоков 450-600 м³/ч и тонкую доочистку в течение 6-8 ч при температуре 25-30°С.