На многих промышленных предприятиях Российской Федерации имеются котельные, обеспечивающие производство тепловой энергией, горячей водой или острым паром. Основным топливом для них обычно служит природный газ, а в качестве резервного топлива применяется мазут. Кроме того, имеются котельные, которые используют мазут в качестве основного топлива. Прежде всего, это характерно для районов крайнего Севера и Дальнего Востока. В процессе транспортировки мазута, его перекачки и хранения образуются мазутосодержащие сточные воды, загрязненные частицами мазута и механическими примесями. Перед их утилизацией необходима очистка на локальных очистных сооружениях.

Казанским государственным архитектурно-строительном университетом (КГАСУ) проведены исследования очистки мазутосодержащих сточных вод котельной Донецкого экскаваторного завода (г. Донецк). На территории котельного цеха расположены четыре резервуара-хранилища топливного мазута объемом по 1000 м3 каждый. При перекачке мазута из железнодорожных цистерн в резервуары для подогрева мазута подают водяной пар, который, попадая вместе с мазутом в резервуары, конденсируется и образует мазутосодержащую сточную воду, собирающуюся в приямке объемом 10 м3. Сточная вода насосом перекачивается на очистку, а после очистки отводится в городскую канализацию. Количество сточных вод составляет 300 м3/сут. Существующая мазутоловушка не удовлетворяла требованиям как по пропускной способности, так и по степени очистки [1, 2].

Для очистки отстойных (подтоварных) сточных вод из продуктовых резервуаров, где они образуются в результате отстаивания обводненных нефтепродуктов, до остаточного количества загрязнений 10–50 мг/л в работе [3] рекомендуется технологическая схема, включающая песколовки, нефтеловушки и механические фильтры с возможностью доочистки в прудах дополнительного отстаивания. Для снижения концентрации загрязнений до 10–20 мг/л схема очистки подтоварных сточных вод включает песколовки, нефтеловушки и установку напорной флотации также с возможностью доочистки в прудах дополнительного отстаивания.

В Казанском государственном архитектурно-строительном университете (КГАСУ) в течение ряда лет ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по очистке нефтесодержащих сточных вод (НСВ) от нефтепродуктов и механических примесей в блочных гидроциклонных установках [4, 5]. Предварительная обработка НСВ в поле центробежных сил напорных гидроциклонов значительно интенсифицирует процесс последующего отстаивания, что привело к разработке различных конструкций аппаратов типа «блок гидроциклон – отстойник» (БГО), состоящих из напорных гидроциклонов и отстойников различных конструкций [6–8].

Для очистки мазутосодержащих сточных вод котельной Донецкого экскаваторного завода был разработан блок гидроциклон – отстойник БГО-300 производительностью 300 м3/сут [1, 2, 4]. Блочная гидроциклонная установка БГО-300 (рисунок) состоит из батареи 1, включающей два напорных гидроциклона диаметром 75 мм и емкость 2 для приема сливов гидроциклонов; двух отстойников нижнего 3 и верхнего 4 сливов гидроциклонов объемом по 14 м3, оборудованных коалесцирующими насадками 5, распределительными 6 и водосборными 7 устройствами, нефтесборниками 8 и 9, регуляторами межфазного уровня 10 типа РУМ-18, трубопроводами и запорно-регулирующей арматурой [1, 2].

Коалесцирующая насадка 5 выполнена из гидрофобизированного керамзита с крупностью фракций 15–20 мм, зафиксированного сверху и снизу поддерживающими сетками. Распределительная система 6 представляет собой разветвленную систему перфорированных труб. Водосборная система 7 выполнена в виде перфорированной трубы.

Блок гидроциклон – отстойник БГО–300

Блок гидроциклон – отстойник БГО–300 работает следующим образом. Мазутосодержащая сточная вода из приямка резервуаров-хранилищ топливного мазута насосом под избыточным давлением 0,3 МПа подается на предварительную обработку в напорные гидроциклоны 1, в которых под действием центробежного поля происходит разделение потока: вода с небольшой примесью мазута выносится через нижние сливные отверстия гидроциклонов и через емкость 2, распределитель 6 поступает в отстойник нижнего слива 3. Мазут с некоторым количеством воды выносится через верхние сливные отверстия гидроциклонов и через емкость 2, распределитель 6 поступает в отстойник верхнего слива 4. Отстойники 3 и 4 разделены на три отсека: предварительного отстаивания, коалесцирующую насадку и отсек дополнительного отстаивания.

В отсеке предварительного отстаивания удаляется капельный мазут и часть эмульгированного. Всплывший мазут удаляется через нефтесборник 8. Уровень раздела фаз «мазут – вода» поддерживается регулятором межфазного уровня 10. Из отсека предварительного отстаивания сточная вода с оставшимся мелкодисперсным мазутом через коалесцирующую насадку 5 поступает в отсек дополнительного отстаивания, в котором укрупнившиеся в коалесцирующей насадке частицы мазута всплывают и удаляются через нефтесборник 9. Очищенная вода собирается водосборной перфорированной трубой 7 и отводится по трубопроводу 12 в канализацию. Нефтепродукты из нефтесборников 8 и 9 по трубопроводу 13 отводятся в резервуары-хранилища мазута [1, 2]. Технические характеристики блока гидроциклон – отстойник БГО-300 приведены в табл. 1 [2].

Для определения геометрических характеристик напорного гидроциклона, входящего в состав установки БГО-300, были проведены исследования процессов очистки сточных вод, загрязненных топливным мазутом, на экспериментальной установке, состоящей из испытываемого гидроциклона, успокоительной емкости и напорных емкостей нижнего и верхнего слива, предназначенных для создания противодавления на сливах гидроциклона [9]. В табл. 2 приведены геометрические характеристики гидроциклонов, испытанных в ходе экспериментальных исследований. Методика проведения исследований приведена в работе [9].

В табл. 3 приведены результаты исследований по очистке дренажных стоков из резервуаров-хранилищ топливного мазута котельной Донецкого экскаваторного завода от нефтепродуктов и механических примесей. Установлено, что гидроциклоны диаметром 40 мм имеют высокую эффективность очистки НСВ, но небольшую производительность, а гидроциклоны диаметром 100 мм имеют большую производительность, но для их эффективной работы требуется большее давление на входе в гидроциклон. Гидроциклон ГЦ-80-I показал высокую эффективность очистки сточных вод от механических примесей, но имеет невысокую эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов По результатам исследований для очистки мазутосодержащих сточных вод рекомендован гидроциклон ГЦ-75-II.

Результаты данных исследований были использованы при расчете и проектировании установки БГО-300, предназначенной для очистки мазутосодержащих сточных вод, образующихся в резервуарах-хранилищах топливного мазута на территории котельной Донецкого экскаваторного завода. При проведении испытаний установки БГО-300 содержание нефтепродуктов снижалось с 6,5–912 мг/л до 0,8–9,1 мг/л. Содержание механических примесей снижалось с 100–316 мг/л до 20–30 мг/л [1].

Таблица 1

Технические характеристики установки БГО-300

Таблица 2

Геометрические характеристики гидроциклонов