Установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с использованием напорной флотации и резервуара для сбора нефтепродуктов Российский патент 2017 года по МПК C02F9/02 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод на автозаправочных станциях (комплексах).

Для очистки ливневых стоков с территории автозаправочных станций (АЗС) в составе их должны предусматриваться очистные сооружения подземного типа пожаровзрывобезопасного исполнения, обеспечивающие очистку стоков до требований норм предельно допустимых концентраций, предъявляемых к стокам на грунт, в городскую ливневую канализацию или в рыбохозяйственные водоемы. Для этих целей могут применяться очистные сооружения как отечественного, так и импортного производства, отвечающего указанным требованиям [Бондарь В.А., Зоря Е.И., Цагарели Д.В. Операции с нефтепродуктами. М.: АОЗТ “Паритет”, 1999 – 338 с.; В.Г Коваленко В.Г., Зоря Е.И., Фролов Ю.Н. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. Учебное пособие. М. ООО «Центр ЛитНефтеГаз», 2004 - 176 с. ].

Основным показателем работы очистных сооружений является качество очистки.

Промышленные и сточные воды перед сбросом с территории АЗС в городскую ливневую канализацию или в водоем должны быть очищены в соответствии с существующими нормативными требованиями до концентрации в них нефтепродуктов — 0,05 мг/л. Концентрация взвешенных веществ не должна превышать 10,5 мг/л. [Коваленко В.Г., Зоря Е.И., Фролов Ю.Н. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. Учебное пособие. -М.: ООО «Центр ЛитНефтеГаз», 2004 -176 с.].

Загрязнение территорий АЗС выражается, главным образом, через загрязнение подземных вод и грунтов. Это не только приводит к потерям топлив и загрязнению гидросферы, но и отрицательно сказывается на здоровье населения.

Борьба с загрязнением сточных вод становятся важной экологической и экономической задачей.

На автозаправочных станциях применяются локальные очистные сооружения (песколовки, нефтеловушки, станции нейтрализации, флотационные установки и т.д.), которые позволяют исключить сброс загрязненных сточных вод, а предварительно очищенные сточные воды могут подаваться на очистные сооружения других предприятий, включая городские очистные сооружения.

Известна стационарная очистная установка НПП РОСЭКС [Бондарь В.А., Зоря Е.И., Цагарели Д.В. Операции с нефтепродуктами. -М.: АОЗТ “Паритет”, 1999 – 338 с. ]. Данная установка предназначена для глубокой очистки сточных вод на АЗС и нефтебазах.

Установка состоит из нефтеловушки, фильтра грубой очистки, насоса подачи сточных вод на очистку, тонкослойного блока, шести напорных степеней очистки, контрольно-измерительных приборов, блока автоматики и сигнализации, емкости для сбора нефтепродуктов и механических примесей, компрессора и технологических трубопроводов.

Первая ступень представляет тонкостенный блок, заполненный гранулированным фильтрующим материалом. В первой ступени происходит отделение песка, механических примесей и грубодисперсного нефтепродукта.

Вторая ступень на три четверти объема заполнена фильтрующим материалом и имеет дренажный слой. При прохождении сточных вод через фильтрующий и дренажный слои капли нефтепродукта укрупняются и всплывают.

Третья и четвертая ступень – аэраторы. В них происходит диффузия молекул растворенных нефтепродуктов и их флотация.

Пятая и шестая ступени заполнены сорбирующим материалом. Здесь происходит сорбция оставшихся частиц нефтепродуктов и их растворенной части. Производительность установки составляет 5 м³/ч.

Недостатками данной установки при очистке сточных вод на АЗС являются:

1. Большое количество загрузочных расходных материалов, что вызывает большие эксплуатационные затраты и удельную стоимость очистки стоков;

2. Низкий ресурс работы установки без замены загрузочных расходных материалов;

3. Отсутствие возможности изменения параметров очистки воды без конструктивного изменения установки;

4. Невозможность сбора нефтепродуктов в отдельный резервуар.

Также известно очистное сооружение «Модуль-Эко» [В.Г Коваленко В.Г., Зоря Е.И., Фролов Ю.Н. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. Учебное пособие. М. ООО «Центр ЛитНефтеГаз», 2004 -176 с.], принцип действия которого основан на мембранном методе разделения жидких сред и взвешенных веществ на молекулярном уровне. В качестве стандартного фильтрующего мембранного элемента принята плоскорамная конструкция фильтра на основе нанофильтрационных мембран с размерами пор ячеек фильтрующей мембранной перегородки дискретно от 15 Å до 500 Å (ангстрем).

Принципиальная схема очистного сооружения «Модуль-Эко» подземного типа для взрывопожарных объектов включает песколовку, резервуар для шлама, резервуар с загрязненной водой, резервуар с чистой водой, трубопроводные коммуникации для воды, трубопроводные коммуникации для шлама, две электронасосные установки, фильтры промежуточной и тонкой очистки.

Сооружение работает следующим образом. Сточная вода через песколовку поступает в резервуар с загрязненной водой. После отстаивания вода с помощью электронасосной установки под давлением 1,5 кгс/см² поступает в фильтр промежуточной очистки, затем в фильтр тонкой очистки и после этого в резервуар с чистой водой. Из резервуара с чистой водой с помощью второй электронасосной установки очищенная вода сбрасывается в городскую ливневую канализацию или на грунт. Производительность сооружения по очистке воды под давлением 1,5 кгс/см² и размерами пор ячеек фильтрующих мембранных перегородок от 50 Å до 500 Å составляет 0,15 м³/ч.

При этом наименьшие размеры пор ячеек фильтрующей мембранной перегородки 50 Å необходимы для очистки воды от нефтепродуктов.

Для самоочистки фильтра тонкой очистки вода из резервуара с чистой водой подается с помощью электронасосной установки в фильтр тонкой очистки, откуда шлам выводится по отдельному трубопроводу с запорной арматурой в резервуар для шлама. Аналогичным образом производится самоочистка фильтра промежуточной очистки.

Недостатками очистного сооружения при очистке сточных вод на АЗС являются:

1. Низкая производительность сооружения, связанная с работой фильтра тонкой очистки, высокое рабочее давление подачи сточной воды и высокая энергоемкость процесса очистки;

2. Отсутствие разделения воды и нефтепродуктов за счет флотации;

3. Низкая эффективность работы песколовки, в связи с чем в резервуар с загрязненной водой поступает большое количество механических примесей;

4. Невозможность сбора нефтепродуктов в отдельный резервуар.

Также известна установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной фильтрацией механических примесей и нефтепродуктов [Матвеев Ю.А., Кузнецов В.А., Бутузов А.А., Мулгачев А.Ю. Установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной фильтрацией механических примесей и нефтепродуктов. Научно-технический журнал. Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса, М.:ВНИИОЭНГ, 2012. (№2).].

В данной установке на решетку для приема сточной воды, имеющую приемный трубопровод с задвижкой, оборудуется два фильтра-отстойника конусного типа с задвижками и трубопроводами для удаления механических примесей. Также дополнительно отстойники оборудуются двумя фильтрующими сетками с ячейками различных диаметров. Фильтры-отстойники соединены с помощью технологического трубопровода с резервуаром для сбора сточной воды, в который вмонтированы две заборные трубы: верхняя труба для забора нефтепродуктов с верхним слоем сточной воды и нижняя труба для откачки сточной воды. Установка включает две электронасосные установки. Первая электронасосная установка предназначена для откачки нефтепродукта с верхним слоем воды в фильтр очистки от горюче-смазочных материалов с сорбирующим компонентом. Затем очищенная от нефтепродуктов вода подается в фильтр тонкой очистки мембранного типа с увеличенными минимальными размерами пор ячеек фильтрующих мембранных перегородок с 50 Å до 200 Å и в резервуар для чистой воды. Эта же электронасосная установка предназначена для откачки по технологическому трубопроводу загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, в фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды. Вторая электронасосная установка используется для подачи чистой воды через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию или на грунт. Вторая электронасосная установка также служит для самоочистки фильтров тонкой и грубой очистки. После самоочистки фильтров шлам с водой по трубопроводу поступает в резервуар для шлама.

Установка работает следующим образом. Через решетку для приема сточной воды, приемный трубопровод с открытой задвижкой загрязненная сточная вода с механическими примесями и нефтепродуктами поступает в первый фильтр-отстойник. В отстойнике часть механических примесей за счет гравитационных сил осаждается на дне фильтра-отстойника. Механические примеси более крупного диаметра задерживаются первой сеткой, а меньшего диаметра - второй сеткой. После прохождения отстойника вода поступает в резервуар для сбора сточной воды, где происходит ее отстаивание. После этого с помощью электроустановки через верхнюю заборную трубу и соответствующую задвижку нефтепродукт с верхним слоем воды поступает в фильтр очистки от горюче-смазочных материалов с сорбирующим компонентом. Затем очищенная от нефтепродуктов вода по технологическому трубопроводу поступает в фильтр тонкой очистки мембранного типа, и после фильтрации - в резервуар для чистой воды.

После откачки нефтепродукта с верхним слоем воды с помощью электронасосной установки производится подача по трубе и технологическому трубопроводу с открытой соответствующей задвижкой загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, затем в фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды.

Чистая вода из резервуара откачивается второй электронасосной установкой через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию или на грунт.

Дополнительная фильтрация нефтепродукта с верхним слоем воды в фильтре очистки от горюче-смазочных материалов с сорбирующим компонентом позволяет увеличить минимальные размеры пор ячеек фильтрующих мембранных перегородок с 50Å до 200Å, так как наименьшие размеры 50 Å необходимы для очистки воды от нефтепродуктов. В связи с этим повышается производительность установки со 150 л/час до 300 л/час.

Недостатками установки очистки сточных вод на АЗС являются:

1. Низкая точность забора нефтепродуктов через верхнюю заборную трубу.

2. Попадание большого количества воды в фильтр очистки от горюче-смазочных материалов с сорбирующим компонентом.

3. Отсутствие сбора нефтепродуктов в отдельный резервуар.

Наиболее близкой к указанной проблеме является установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной откачкой нефтепродуктов в отдельный резервуар [Матвеев Ю.А. и др. Установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной откачкой нефтепродуктов в отдельный резервуар. Патент на полезную модель №143110 от 10.06.2014].

В данной установке на решетку для приема сточной воды, имеющую приемный трубопровод с задвижкой, оборудуется два фильтра-отстойника конусного типа с задвижками и трубопроводами для удаления механических примесей. Также дополнительно отстойники оборудуются двумя фильтрующими сетками с ячейками различных диаметров. Фильтры-отстойники соединены с помощью технологического трубопровода с резервуаром для сбора сточной воды, в который вмонтированы две заборные трубы: верхняя труба для забора нефтепродуктов с верхним слоем сточной воды и нижняя труба для откачки сточной воды. Установка очистки сточных вод включает две электронасосные установки. Первая электронасосная установка предназначена для откачки нефтепродукта с верхним слоем воды в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов. Эта же электронасосная установка предназначена для откачки по технологическому трубопроводу загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды. Вторая электронасосная установка используется для подачи чистой воды через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию или на грунт. Электронасосная установка также служит для самоочистки фильтров тонкой и грубой очистки.

Отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов с помощью технологического трубопровода связан с резервуаром для сбора сточной воды. На технологическом трубопроводе ниже резервуара монтируется смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды. Также с целью забора нефтепродуктов из резервуара заборная труба вставляется в герметичное шарнирное соединение, находящееся в трубе большего диаметра. При этом длина заборной трубы регулируется герметичным шарнирным соединением.

Для откачки из заполненного нефтепродуктом резервуара предназначен трубопровод и электронасосная установка.

Установка работает следующим образом. Через решетку и приемный трубопровод загрязненная сточная вода с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтепродуктами поступает в первый фильтр-отстойник. В отстойнике часть механических примесей осаждается на дне фильтра-отстойника. Механические примеси задерживаются фильтрующими сетками. После прохождения отстойника вода поступает в резервуар для сбора сточной воды, где происходит ее отстаивание. Затем с помощью электроустановки через верхнюю заборную трубу нефтепродукт с верхним слоем воды поступает в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов. После откачки нефтепродукта с верхним слоем воды с помощью электронасосной установки производится подача по трубе и технологическому трубопроводу с открытой соответствующей задвижкой загрязненной сточной воды в фильтр грубой очистки, затем в фильтр тонкой очистки мембранного типа и в резервуар для чистой воды.

Чистая вода из резервуара откачивается второй электронасосной установкой через заборную трубу по трубопроводу чистой воды в городскую ливневую канализацию или на грунт.

Из резервуара для сбора нефтепродуктов отстоявшаяся вода через трубопровод поступает в смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды. При появлении нефтепродуктов в смотровом стекле оператор закрывает соответствующую задвижку.

Недостатками установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с дополнительной откачкой нефтепродуктов в отдельный резервуар являются:

1. Недостаточная точность забора нефтепродуктов через верхнюю заборную трубу.

2. Отсутствие флотации в резервуаре для сбора сточной воды.

Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения эффективности очистки сточных вод на АЗС.

Решение указанной задачи достигается тем, что технологический трубопровод оборудован электронасосной установкой с эжектором и воздухопроводом для подачи воздуха, при этом на резервуаре для сбора сточной воды предусмотрен клапан сброса воздуха, а заборная труба для откачки нефтепродуктов, взвешенных веществ с верхним слоем сточной воды, выполнена с двумя горизонтальными отводами.

Флотация – это метод очистки сточной воды, основанный на насыщении воды пузырьками воздуха (газа), прилипании взвешенных в ней веществ к пузырькам воздуха (газа) и всплывании их на поверхность.

Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как уменьшается количество воды, откаченной через заборную трубу с отводами, вместе с нефтепродуктом, снижается количество взвешенных веществ в резервуаре для сточной воды за счет применения напорной флотации, а также понижается энергоемкость процесса очистки.

Сущность изобретения пояснена на фиг. 1 – 3, на которых изображены: разрез предлагаемой установки, вид спереди технологического трубопровода электронасосной установки с эжектором и воздухопроводом, а также вид спереди устройства отделения нефтепродуктов от воды.

На решетку для приема сточной воды 1, имеющую приемный трубопровод 2 с задвижкой 3, оборудуется два фильтра-отстойника конусного типа 4 с задвижками 5 и трубопроводами 6 для удаления механических примесей 7. Также дополнительно отстойники оборудуются двумя фильтрующими сетками с ячейками различных диаметров 8, 9. Фильтры-отстойники соединены с помощью технологического трубопровода 10 с резервуаром для сбора сточной воды 11, в который вмонтированы две заборные трубы: верхняя труба 12 для забора нефтепродуктов, взвешенных веществ 13 с верхним слоем сточной воды 14, и нижняя труба 15 для откачки сточной воды. Установка очистки сточных вод включает электронасосные установки 16,17. Электронасосная установка 16 предназначена для откачки нефтепродуктов, взвешенных веществ с верхним слоем воды в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов 18.

Эта же электронасосная установка 16 предназначена для откачки по технологическому трубопроводу 10 загрязненной сточной воды 14 в фильтр грубой очистки 19, фильтр тонкой очистки мембранного типа 20 и в резервуар для чистой воды 21.

Электронасосная установка 17 используется для подачи чистой воды 22 через заборную трубу 23 по трубопроводу чистой воды 24 в городскую ливневую канализацию или на грунт. Электронасосная установка 17 также служит для самоочистки фильтров тонкой и грубой очистки. После самоочистки фильтров шлам 25 с водой по трубопроводу 26 поступает в резервуар для шлама 27. Необходимо отметить, что резервуары 11, 18, 21, 27 находятся под поверхностью земли 28. Отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов 18 с помощью технологического трубопровода 10 связан с резервуаром для сбора сточной воды 11. На технологическом трубопроводе ниже резервуара 18 монтируется смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды 29, которое включает корпус 30, смотровое стекло 31 и фланцевые соединения 32. Также с целью забора нефтепродуктов из резервуара 11 заборная труба 12 вставляется в герметичное шарнирное соединение 33, находящееся в трубе большего диаметра 34. При этом длина заборной трубы регулируется герметичным шарнирным соединением. В целях закачки нефтепродуктов, взвешенных веществ с наименьшим количеством сточной воды, заборная труба оборудуется горизонтальными отводами 35.

Откачка из заполненного нефтепродуктом резервуара 18 осуществляется через трубопровод 36 с помощью электронасосной установки 37.

Для проведения напорной флотации в резервуаре для сбора сточной воды 11 технологический трубопровод 10 оборудуется соответствующей электронасосной установкой 37 с эжектором 38. При этом эжектор имеет воздухопровод 39. Эжектор подсасывает воздух за счет напора воды, создаваемого насосом. Расход воздуха составляет 1,5-2% от количества подаваемой воды. Резервуар 11 оснащается клапаном сброса воздуха 40.

Изобретение работает следующим образом. Через решетку для приема сточной воды 1, приемный трубопровод 2 с открытой соответствующей задвижкой 3 загрязненная сточная вода с механическими примесями, взвешенными веществами и нефтепродуктами поступает в первый фильтр-отстойник 4. В отстойнике часть механических примесей 7 за счет гравитационных сил осаждается на дне фильтра-отстойника 4. Механические примеси более крупного диаметра задерживаются сеткой 8, а меньшего диаметра - сеткой 9.

После накопления в отстойнике вода с помощью соответствующей электронасосной установки 37 поступает в резервуар для сбора сточной воды 11. При этом эжектором 38 в электронасосную установку 37 подается воздух, который вместе со сточной водой поступает в технологический трубопровод 10 и затем в резервуар 11. При подъеме в резервуаре 11 пузырьки воздуха захватывают с собой взвешенные вещества и поднимают их в верхний слой жидкости. Давление воздуха в резервуаре 11 регулируется клапаном сброса 40. Затем с помощью электроустановки 16 через верхнюю заборную трубу 12 с горизонтальными отводами 35 взвешенные вещества с верхним слоем воды 14 поступают по трубопроводу 26 в резервуар для шлама 27. При этом оператор регулирует длину заборной трубы 12 с помощью герметичного шарнирного соединения 33.

После удаления взвешенных веществ происходит отстаивание сточной воды в резервуаре 11. В ходе отстаивания нефтепродукты за счет меньшей плотности поднимаются на поверхность жидкости.

В последующем электроустановкой 16 через верхнюю заборную трубу 12 с горизонтальными отводами 35 нефтепродукты 13 с верхним слоем воды 14 поступают в отдельный резервуар для сбора нефтепродуктов 18. При этом оператор регулирует длину заборной трубы 12 с помощью герметичного шарнирного соединения 33.

После откачки нефтепродуктов и взвешенных веществ с помощью электронасосной установки 16 производится подача по трубе 15 и технологическому трубопроводу 10 с открытой соответствующей задвижкой 3 загрязненной сточной воды 14 в фильтр грубой очистки 19, затем в фильтр тонкой очистки мембранного типа 20 и в резервуар для чистой воды 21.

Чистая вода 22 из резервуара 21 откачивается второй электронасосной установкой 17 через заборную трубу 23 по трубопроводу чистой воды 24 в городскую ливневую канализацию или на грунт.

Из резервуара 18 отстоявшаяся вода через трубопровод 10 и соответствующую открытую задвижку 3 поступает в смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды 29. Оператор через смотровое стекло 31 следит за движением воды. При появлении нефтепродуктов в смотровом стекле он закрывает соответствующую задвижку 3.

Для определения уровня воды и нефтепродуктов в резервуаре 11 оператор использует метршток и водочуствительную пасту. Затем он устанавливает длину заборной трубы 12 с помощью герметичного шарнирного соединения 33 для более точного забора объема нефтепродуктов, взвешенных веществ из резервуара 11.

Откачка нефтепродуктов в отдельный резервуар, а взвешенных веществ в резервуар для шлама уменьшает нагрузку на фильтр тонкой очистки и снижает энергоемкость процесса очистки. Также собранные нефтепродукты откачиваются из отдельного резервуара в автомобильную цистерну и сдаются на нефтеперерабатывающий завод для дальнейшей переработки, что вызывает экономический эффект.

Изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод и может найти применение на автозаправочных станциях. Установка включает фильтры-отстойники, резервуары для сбора сточной, чистой воды, нефтепродуктов и шлама, трубопровод, эжектор, воздухопровод, смотровое устройство для отделения нефтепродуктов от воды, электронасосные установки для откачки взвешенных веществ, нефтепродуктов и загрязненной сточной воды. При этом технологический трубопровод оборудован электронасосной установкой с эжектором и воздухопроводом для подачи воздуха. На резервуаре для сбора сточной воды предусмотрен клапан сброса воздуха, а заборная труба выполнена с двумя горизонтальными отводами. Технический результат – повышение эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка очистки сточных вод на автозаправочных станциях с использованием напорной флотации и резервуара для сбора нефтепродуктов, включающая фильтры-отстойники, резервуары для сточной, чистой воды, нефтепродуктов и шлама, электронасосные установки, фильтры грубой и тонкой очистки, смотровое устройство, эжектор и трубопроводы, отличающаяся тем, что технологический трубопровод оборудован электронасосной установкой с эжектором и воздухопроводом для подачи воздуха.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что эжектор подсасывает воздух за счет напора воды, создаваемого насосом, а расход воздуха при этом составляет 1,5-2% от количества подаваемой воды.

3. Установка по п. ,1 отличающаяся тем, что на резервуаре для сбора сточной воды установлен клапан сброса воздуха.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что заборная труба для откачки нефтепродуктов и взвешенных веществ оборудована герметичным шарнирным соединением и выполнена регулируемой по длине с двумя горизонтальными отводами.