Технология обезвреживания отработанного активного ила биологических очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов

На сегодняшний день нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) относятся к промышленным предприятиям с высоким уровнем потребления воды. Промышленные стоки образуются в результате таких технологических процессов как электрообессоливание и обезвоживание нефти, перегонка нефти, очистка нефтепродуктов, вакуумная дистилляция, пропарка оборудования и др. В результате производственной деятельности, ежедневно в среднем образуется около 24 тыс. м³ сточных вод.

Принципиальная схема очистки сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий состоит из следующих этапов:

1 этап – механическая очистка от грубодисперсных примесей и нефтепленки, (включает в себя усреднители, песколовку, нефтеловушку и пруд дополнительного отстоя);

2 этап – физико-химическая очистка от коллоидных и растворённых соединений (очистка промышленных стоков в сепараторах пластинчатого типа и во флотационных машинах с использованием флокулянта);

3 этап – биологическая очистка от растворённых органических соединений, (двухступенчатая система очистки сточных вод с использованием аэротенков и отстойников);

4 этап – обеззараживания сточных вод, загрязнённых патогенными микроорганизмами, на установках ультрафиолетового обеззараживания (УФО) сточных вод.

Биологическая очистка сточных вод предназначена для доочистки нефтесодержащих и хозяйственно-бытовых стоков как перед сбросом в водоём, так и перед повторным использованием в системах оборотного водоснабжения. Этот метод основан на способности микроорганизмов использовать органические соединения, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе своей жизнедеятельности. В процессе биологической очистки происходит разрушение органических загрязнителей до экологически нейтральных соединений.

Процесс биологического аэробного окисления состоит из 2-х фаз:

1.  окисление углерода и водорода с образованием углекислоты и воды;

2.  окисление азота, сначала до солей азотистой кислоты HNO₂ - нитритов, а затем до солей азотной кислоты - HNO₃ – нитратов.

Основной процесс биологической очистки осуществляется в аэротенках за счёт жизнедеятельности микроорганизмов активного ила.

Активный ил (АИ) – это используемая в аэротенках смесь твердого субстрата и микроорганизмов. Сообщество микроорганизмов представлено бактериями, простейшими червями, плесневелыми грибами, дрожжами, редко – личинками насекомых, рачков, а также водорослями и др. После аэротенков, полученная суспензия отправляется в радиальные отстойники для разделения воды от активного ила.

В процессе биохимического окисления загрязненная сточная вода очищается, а биомасса активного ила растет в результате питания микроорганизмов органическими загрязнителями. На величину прироста биомассы прямым образом влияет качество очищаемых сточных вод, т.е. состав сточной воды. Чем выше концентрация загрязняющих веществ, тем выше скорость увеличения биомассы ила. При полной очистке сточных вод возраст ила обычно составляет 6–8 дней. Однако при очистке сточных вод с высокой концентрацией загрязняющих веществ возраст снижается до 2-3 дней. Со временем ил становится малоактивным, а процесс очистки в нем протекает менее интенсивно. В связи с тем, что сточные воды, поступающие на биологическую очистку с НПЗ, содержат в своем составе высокую концентрацию НП, замену АИ необходимо осуществлять каждые 2–3 дня.

Недостаток биологических очистных сооружений – образование большого количества отработанного активного ила в результате трансформации исходных загрязняющих веществ в активную биомассу. Отработанный активный ил (ОАИ) является многотоннажным отходом IV класса опасности. Он содержит в своем составе НП и тяжелые металлы, патогенные и болезнетворные микроорганизмы. Ориентировочно, с 1 кг удаленного в аэротенке ХПК в сутки образуется 350 г активного ила.

В настоящее время процессы утилизации данного отхода весьма затруднены из-за большой влажности и высокого содержания в нем НП и тяжелых металлов (кобальт, медь, цинк, никель и др.). В связи с этим они «складируется» на иловых площадках с целью обезвоживания. Иловые площадки представляют собой открытые участки земли, спланированные в виде нескольких площадок – иловых карт, и окружены со всех сторон земляными валами. Площадь иловых площадок зависит от количества и структуры осадка, характера грунта и климатических условий.

Иловые площадки создают значительную техногенную нагрузку на компоненты окружающей среды. Складирование илового осадка на площадках не отвечает современным экологическим и техническим требованиям, что приводит к длительному и безвозвратному отчуждению значительных земельных ресурсов.

Большинство иловых площадок уже заполнено ОАИ. При выпадении атмосферных осадков жидкий отход переливает за пределы иловых карт, загрязняя окружающую среду. В результате содержащиеся в ОАИ загрязняющие токсичные вещества (НП, тяжелые металлы и др.) просачиваются в почву и подземные воды, что влечет за собой негативные последствия (деградация почв, загрязнение водных объектов и др.) Также токсические вещества могут выделяться в виде паров в атмосферу (метан, сероводород, соли тяжелых металлов, ароматические углеводороды, оксиды азота и др.). Не исключен и перенос вышеперечисленных веществ на большие расстояния с помощью ветра.

Более того, в сточных осадках содержатся патогенные и болезнетворные бактерии, которые могут стать причиной заражения почв, водных объектов и атмосферного воздуха.

Все вышеперечисленные факторы оказывают негативное воздействие как на окружающую среду, так и на состояние здоровья людей (рабочего персонала, близлежащего населения).

В целях снижения негативного воздействия иловых площадок на окружающую среду необходима утилизация ОАИ. Способ переработки зависит от вида и концентрации загрязняющих веществ. В таблице 1 представлены основные, наиболее распространенные, способы переработки органических отходов [1].

Таблица 1.

Способы переработки органических отходов

Из вышеперечисленных способов, наиболее экологичным и экономически выгодным является термический метод переработки органических отходов – пиролиз. В результате пиролиза образуются продукты, которые могут быть подвержены дальнейшему вторичному использованию. Однако в связи с наличием в составе ОАИ влаги, тяжелых металлов, НП и патогенных микроорганизмов, вторичное использование продуктов пиролиза, невозможно, т.к. возникает необходимость предварительной обработки и обезвреживания ОАИ. В связи с этим, на основе анализа литературных источников, предлагается технологическая схема станции утилизации ОАИ (рис. 1).

Рисунок 1. Технологическая схема обезвреживания ОАИ. 1 – иловая камера; 2 – иловые карты; 3 – бункер для усреднения состава; 4 – камера смешения реагентов; 5 –ленточный фильтр-пресс для обезвоживания осадков; 6 – шаровая мельница; 7 – пиролизная установка

Станция представляет собой закрытое одноэтажное помещение. Согласно технологической схеме, ил с иловых камер (1) и иловых площадок (2) по трубопроводу поступает на станцию и с помощью шнекового транспортера подается в бункер для усреднения состава (3). Далее по транспортеру он подается в смесительную камеру (4) для детоксикации, т.е. извлечения из ОАИ тяжелых металлов. Туда же подается раствор соединений кальция в соотношении 1:100. В нашем случае это хлорная известь CaCl₂. Камера представляет собой емкость, внутри которой с помощью лопастной мешалки смешивается ОАИ и хлорная известь. В результате большая часть ионов тяжелых металлов переходит в малорастворимые и нерастворимые соединения и удаляется. Выделенный осадок нерастворимых тяжелых металлов целесообразно направлять на переработку специализированным организациям, где после дополнительной обработки его используют в качестве пигментов-наполнителей для краски. Далее очищенный от тяжелых металлов осадок поступает в ленточный фильтр-пресс для обезвоживания (5). В результате остаточная вода направляется в аэротенки. А обезвоженный осадок подается в шаровую мельницу (6) для механического измельчения. После чего измельченный осадок поступает в пиролизную установку (7). В установке осадок загружается в реторту, которая помещается в печь. Там он подвергается термическому разложению при температура 500°С. В процессе пиролиза происходит разложение нефтепродуктов, содержавшихся в ОАИ, а также уничтожение патогенных микроорганизмов. В результате образуется парогазовая смесь, которая выводится по трубопроводу и твердая фракция, которую извлекают из установки. Парогазовая смесь охлаждается, пары конденсируются и полученная жидкость отделяется от неконденсирующихся газов. Газы направляются в сепараторы для полной очистки. На старте в качестве топлива для пиролизной установки используется природный газ. В дальнейшем очищенный пиролизный газ, который также можно использовать для производства электроэнергии. Жидкая фракция накапливается в сборнике жидкого продукта. Она также может использоваться в качестве топлива для оборудования. Полученная твердая фракция может быть использована как в нефтехимической отрасли, так и за ее пределами.

В целях снижения негативного воздействия на окружающую среду и сокращения потребления природных ресурсов, предлагается несколько способов утилизации обезвреженного отработанного активного ила (ООАИ).

1.  Использование ООАИ в качестве сорбента для сбора нефтепродуктов с поверхности грунта при возникновении аварийных разливов нефтепродуктов. Возможно использование данного сорбента непосредственно на НПЗ, а также осуществление его продажи другим организациям.

2.  Реализация ООАИ организациям в качестве адсорбента для очистки сточных вод.

3.  Использование сорбента в качестве биотоплива для оборудования и его продажа другим организациям.

Таким образом, предлагаемое техническое решение проблемы утилизации избыточного отработанного активного ила позволяет:

·     ликвидировать источник негативного воздействия на окружающую среду – иловые площадки

·     получить продукцию, используемую в разных отраслях в качестве вторичного сырья или альтернативного источника энергии.