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
|
Показатели |
БГО-300 |
|
|
Производительность, м3/сут |
300 |
|
|
Температура воды, поступающей на очистку, °С |
+10…+60 |
|
|
Содержание загрязнений в воде, поступающей на очистку, мг/л: |
нефтепродуктов (мазута) |
до 10000 |
|
механических примесей |
60–180 |
|
|
Содержание загрязнений в очищенной воде, мг/л: |
нефтепродуктов (мазута) |
не более 10 |
|
механических примесей |
50 |
|
|
Рабочее давление на входе в батарею гидроциклонов, МПа |
0,3–0,4 |
|
|
Габаритные размеры, м |
8,0×10,0×5,47 |
|
Таблица 2
Геометрические характеристики гидроциклонов
|
Обозначение гидроциклона |
Диаметр, мм |
Угол конусности, α, град |
Глубина погружения патрубка верхнего слива, hп, мм |
Высота цилиндрической части Нц, мм |
Общая высота гидроциклона, Н, мм |
|||
|
гидроциклона, D |
входного патрубка dвх |
патрубка верхнего слива, dв.сл. |
Патрубка нижнего слива, dн.сл |
|||||
|
ГЦ-40-V |
40 |
15 |
15 |
10 |
5 |
48 |
15 |
525 |
|
ГЦ-40-III |
40 |
15 |
8 |
5 |
5 |
20 |
15 |
470 |
|
ГЦ-75-II |
75 |
15 |
20 |
18 |
5 |
48 |
15 |
730 |
|
ГЦ-75-III |
75 |
15 |
20 |
10 |
5 |
48 |
15 |
730 |
|
ГЦ-80-I |
80 |
20 |
20 |
10 |
5 |
50 |
20 |
745 |
|
ГЦ-100-I |
75 |
20 |
20 |
15 |
5 |
48 |
20 |
1100 |
|
ГЦ-100-I |
100 |
20 |
20 |
10 |
5 |
48 |
20 |
1155 |
Таблица 3
Результаты экспериментальных исследований
|
Тип гидро-циклона |
Температура НСВ, °С |
Давление на входе в гидроциклон, МПа |
Противодавление на сливах гидроциклона, МПа |
Концентрация нефтепродуктов в воде, мг/л |
Эффект очистки по нефтепродук-там Эн, % |
Концентрация механических примесей, мг/л |
Эффект очистки по мех. примесям Эм.п, % |
Расход, л/c |
Произ-водитель-ность гидроциклона, л/с |
||||
|
исход-ной |
из верхнего слива |
из нижнего слива |
в исходной воде |
в очищенной воде |
из верх-него слива |
из ниж-него слива |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
ГЦ-40-III |
18,80 |
0,3 |
0,05 |
521 |
799 |
162 |
69 |
198 |
77 |
61 |
0,292 |
0,118 |
0,410 |
|
0,1 |
483 |
827 |
140 |
71 |
185 |
81 |
56 |
0,288 |
0,106 |
0,394 |
|||
|
0,15 |
492 |
783 |
157 |
68 |
202 |
93 |
54 |
0,275 |
0,101 |
0,376 |
|||
|
0,2 |
509 |
815 |
173 |
66 |
197 |
97 |
51 |
0,259 |
0,090 |
0,349 |
|||
|
ГЦ-40-V |
19,2 |
0,3 |
0,05 |
484 |
784 |
111 |
77 |
206 |
80 |
61 |
0,342 |
0,220 |
0,562 |
|
0,1 |
497 |
749 |
119 |
76 |
204 |
84 |
59 |
0,337 |
0,201 |
0,538 |
|||
|
0,15 |
511 |
785 |
133 |
74 |
195 |
84 |
57 |
0,318 |
0,192 |
0,510 |
|||
|
0,2 |
490 |
691 |
137 |
72 |
191 |
90 |
53 |
0,281 |
0,183 |
0,464 |
|||
|
ГЦ-75-II |
18,9 |
0,3 |
0,05 |
504 |
737 |
141 |
72 |
193 |
71 |
63 |
0,550 |
0,841 |
1,391 |
|
0,1 |
490 |
743 |
147 |
70 |
201 |
80 |
60 |
0,543 |
0,819 |
1,362 |
|||
|
0,15 |
488 |
635 |
156 |
68 |
189 |
85 |
55 |
0,527 |
0,756 |
1,283 |
|||
|
0,2 |
493 |
680 |
167 |
66 |
196 |
93 |
53 |
0,515 |
0,672 |
1,187 |
|||
|
ГЦ-75- III |
19,0 |
0,3 |
0,05 |
501 |
764 |
159 |
68 |
194 |
66 |
66 |
0,931 |
0,248 |
1,179 |
|
0,1 |
498 |
787 |
174 |
65 |
202 |
73 |
64 |
0,916 |
0,237 |
1,164 |
|||
|
0,15 |
486 |
699 |
190 |
61 |
199 |
86 |
57 |
0,872 |
0,212 |
1,084 |
|||
|
0,2 |
492 |
702 |
207 |
58 |
187 |
69 |
63 |
0,865 |
0,189 |
1,054 |
|||
|
ГЦ-80-I |
19,1 |
0,3 |
0,05 |
507 |
699 |
177 |
65 |
192 |
67 |
65 |
0,985 |
0,269 |
1,254 |
|
0,1 |
489 |
673 |
196 |
60 |
203 |
67 |
67 |
0,958 |
0,251 |
1,204 |
|||
|
0,15 |
495 |
698 |
213 |
57 |
197 |
81 |
59 |
0,937 |
0,244 |
1,181 |
|||
|
0,2 |
488 |
701 |
224 |
54 |
195 |
86 |
56 |
0,922 |
0,226 |
1,137 |
|||
|
ГЦ-100-I |
19,1 |
0,3 |
0,05 |
499 |
689 |
190 |
62 |
182 |
67 |
63 |
2,427 |
0,395 |
2,822 |
|
0,10 |
482 |
671 |
188 |
61 |
200 |
78 |
61 |
2,393 |
0,387 |
2,780 |
|||
|
0,15 |
522 |
695 |
214 |
59 |
198 |
87 |
56 |
1,978 |
0,381 |
2,359 |
|||
|
0,20 |
491 |
683 |
211 |
57 |
185 |
91 |
51 |
1,869 |
0,374 |
2,243 |
|||
|
ГЦ-100-II |
18,90 |
0,3 |
0,05 |
485 |
662 |
175 |
64 |
207 |
85 |
59 |
1,529 |
1,053 |
2,582 |
|
0,10 |
496 |
650 |
173 |
65 |
189 |
83 |
56 |
1,503 |
1,045 |
2,548 |
|||
|
0,15 |
508 |
637 |
188 |
63 |
187 |
90 |
52 |
1,490 |
1,036 |
2,526 |
|||
|
0,20 |
513 |
649 |
307 |
62 |
190 |
97 |
49 |
1,462 |
1,020 |
2,482 |
|||
Блок гидроциклон – отстойник БГО-300 имеет высокую удельную производительность и эффективность очистки, автоматизированное поддержание уровня раздела фаз в отстойнике, высокую степень индустриализации изготовления и монтажа и может успешно применяться для очистки производственных сточных вод от нефтепродуктов и механических примесей.