Анализ сточных вод нефтеперерабатывающего завода

Нефть и нефтепродукты содержатся в сточных водах нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, а также производств пестицидов, ПАВ и др. [1—4]. Многокомпонентный состав сточных вод нефтехимических производств затрудняет идентификацию отдельных компонентов и методы их обезвреживания. В настоящее время эти стоки классифицируют как мало- и многосернистые. Среднее содержание нефти и нефтепродуктов в сточных водах нефтеперерабатывающих заводов составляет 10 000 мг/л [5].

Пороговая концентрация по привкусу 0,1 мг/л [7]. Пороговая концентрация по запаху разных видов нефтепродуктов: бензин с добавкой нефти 0,00005, дизельное топливо 0,0005, деодорированный керосин 0,82, сырая нефть 0,1— 0,5, мазут 0,22—0,5, нефть очищенная 1,0—2,0 мг/л. В воде, содержащей 0,5 мг/л нефтепродуктов, мясо рыбы приобретает привкус нефти через 1 сут, 0,2 мг/л — через 3 сут, а 0,1 мг/л — через 10 сут [8]. Пороговая концентрация по запаху в мясе рыб 0,1 мг/л . При концентрации 0,25 мг/л мясо форели приобретает привкус через 24 ч, а при 1 мг/л — сразу [9].

Для теплокровных животных при приеме внутрь нефтепродукты малотоксичны. ЛД50 бензина для кроликов 28 350 мг/кг . Нефтяная пленка на поверхности воды пропитывает перья у перелетных птиц, они не могут взлететь и погибают.

Нефть и нефтепродукты относятся к числу трудноокисляемых органических веществ, как на очистных сооружениях канализации, так и в естественных условиях — в водоемах. Неочищенная нефть отличается высокой стабильностью, особенно при низкой температуре воды. В экспериментальных водоемах при низкой температуре воды сохраняет токсичность для водорослей 2 мес. [13]. Нефтепродукты, попавшие в водоем со сточными водами, подвергаются различным изменениям, постепенно опускаются на дно водоема. Бактериальное окисление нефтепродуктов на дне происходит примерно в 10 раз медленнее, чем на поверхности [14]. В водоемах примерно 40% нефти оседает на дне, 40% остается в воде в виде эмульсии и 20% — на поверхности в виде пленки. Нефтяная пленка даже толщиной 0,5 мм на поверхности водоемов затрудняет аэрацию воды, а нефть на дне образует донные отложения; в иле в местах спуска сточных вод обнаружено 3,5—22,0 % нефти [15]. Поэтому при изучении влияния на водоем сточных вод, содержащих нефть, необходимо отбирать не только среднюю пробу, но и отдельные ее фракции (поверхность, глубина примерно 10 см от поверхности, придонные слои и осадок).

Самоочищение водоемов от нефти происходит очень медленно. За 2,7 сут. содержание эмульгированных нефтепродуктов в воде снижалось при 20 °С на 40%, а при 5°С лишь на 15% [16]. В присутствии водной растительности в модельных опытах нефтяная пленка исчезала при ее толщине 0,06 см через 4—6 сут, а при 0,6 см — через 20—22 сут [17]. Следовательно, в водоемах нельзя рассчитывать на самоочищение от нефти. Эти процессы можно использовать лишь при доочистке в биологических прудах.

Нефтепродукты тормозят биологический процесс очистки сточных вод в аэротенках при 50 мг/л [18].

Определение в водных растворах: нефелометрия; весовой метод ;люминесцентный, ИК-спектрометрия, газохроматографический, автоматический метод [19].

Очистка сточных вод: механическая (решетки, отстойники, песколовки, нефтеловушки, песчаные фильтры), физико-химическая (нейтрализация, флотация, окисление кислородом воздуха и озоном, коагуляция), биологическая (аэротенки, аэрируемые пруды на 60 сут пребывания в них сточных вод, биологические фильтры [18, 21—23]. Эффективность очистки сточных вод от нефти на разных типах сооружений составила: нефтеловушки — 99,9%, через песок 50—87%, биофильтры — 47,5%, аэротенки — 53,4% [24]; окисление озоном [25]; биологическая очистка в аэротенках и биологических прудах (при малых концентрациях нефтепродуктов). Нефть и нефтепродукты разлагаются в аэробных условиях микроорганизмами; добавление к сточным водам минеральных солей, хозяйственно-фекальных вод, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов, подача воздуха способствуют более быстрому разложению остатков нефти и нефтепродуктов как на сооружениях биологической очистки в аэротенках, аэрофильтрах и биологических прудах, так и в небольшой степени в водоемах [26]. См. также [27, 28].

1. Карелин Я. А., Жуков Д. Д., Денисов М. А. и др. Очистка производственных сточных вод (Опыт Ново-Горьковского нефтеперерабатывающего завода). М., Госстройиздат, 1970. 152 с.
2. Хаскин С. А., Карш В. П. — В кн.: Очистка нефтеперерабатывающих сточных вод. М., 1973.
3. Wilber Ch. — In: The Biological Aspects of Water Pollution. Springfield, 1969, p. 73.
4. Грушко Д. AI., Кожова О. M., Мамонтова Л. М. — Гидробиологический журн., 1978, т. 14, № 2, с. 55.
5. Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. — В кн.: Промышленные сточные воды. Вып. 5. М. Медгиз, 1960, с. 7.
6. Sittig М. Environmental Sources and Emissions Handbook. Perk Ridge, New Jersey , London, England, 1975. 523 p.
7. Гусев А. Г. — Журн. ВХО им. Д. И. Менделеева, 1972, т. 17, № 2, с. 134.
8. Гусев А. Г. — В кн.: Производственные сточные воды. Вып. 5. М., Медгиз, 1960, с. 34
9. Krishnaswatni S. К., Kupchatiko Е. Е. — J. Water Pollution Control Feder., 1969, v. 41, № 5, part 2, p. R189.
10. Мосевич H. А., Гусева H. В., Драгулин M. Г. и dp. — В кн.: Известия ГосВНИОРХ, М., Пищепромиздат, 1952, т. 31, вып. 1, с. 41.
11. Миронов О. Г. — Зоологич. журнал, 1969, т. 48, № 7, с. 980.
12. Chipman W. A., Galisoff Р. S. Effects of Oil Mixed with Carbonized Sand on Aquatic Animals. Spec. Sci. Rep. Fisher. № 1, U. S. Fish, and Wildlife Service. Wash., 1949. 52 p
13. Dickman M. — Artie. Kanad. Field-natur., 1971, v. 85, № 3, p. 249.
14. Изъюрова А. И. — Гигиена и санитария, 1950, № 1, с. 9.
15. Дадашев X.К., Григорян Э. В., Агамирова С. Н. Сокращение потерь нефтепродуктов с промышленными сточными водами нефтеперерабатывающих заводов. Баку, 1957. 138 с.
16. Ломано Л. В., Майер Л. Н., Черепнева В. С. Материалы республиканского научно-технического совещания по изучению, комплексному использованию и охране водных ресурсов. Минск, 1965, с. 41.
17. Морозов И. В., Петров Г. /7. — В кн.: Теория и практика биологического самоочищения загрязненных вод. М., Наука, 1972, с. 42.
18. Жуков А. И., Демидов Л. Г., Монгайт И. Л. и др. — Канализация промышленных предприятий. Очистка промышленных сточных вод. М., Стройиздат, 1969. 370 с.
19. Новиков Ю. В., Сайфутдинов М. М. — Гигиена и санитария, 1977, № 10, с. 60.
20. Семенов А. Д., Страдомская А. Г., Павленко Л. Ф. — В кн.: Методы анализа природных и сточных вод. Сер. Проблемы аналитической химии, Т. 5. М., Наука, 1977, с. 220.
21. Itieson Pachatn R. — In: Hepple P. (Ed.). Water Pollution by Oil. Proceed, by of Seminar held at Aviemor Invernes — Shiee, Scotland aponsored by the Institute of Water Pollution Control and the Institute of Petroleum, with the Assistance of Eur. Office of WHO, 4—8 May 1970. Amsterdam — London — New York, 1971, p. 143.
22. Матвеев AI. C. — Химия и технология топлив и масел, 1962, № 8, с. 24.
23. Рубинштейн С. Л., Хаскин С. А. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов, М., ЦНИТЭНефтехим. Сер. «Нефтепереработка и нефтехимия», 1966. 85 с.
24. Денисов М. А. Тезисы докладов конференции по методам очистки газовых выбросов и промстоков от вредных веществ. Дзержинск, 1967, с. 12.
25. Меренищева Т. Н., Плехоткин В. Ф. Очистка промышленных сточных вод методов озонирования. Обзорная информация. Сер. «Прикладная химия», НИИТЭХим, М., 1974, 21 с.
26. Карелин Я. А., Воробьева Г. И. — Химия и технология топлив и масел, 1957, № 10, с. 29.
27. Немковский Б. Б., Злобина Г. П., Губанова И. Ф. — Гигиена и санитария, 1962, № 1, с. 61.
28. Изъюрова А. И. — Там же, 1958, № 2, с. 72.
29. Роговская Ц. И. — В кн.: Биохимический метод очистки производственных сточных вод. М., Стройиздат, 1967, с. 5.

источник

Вода служит незаменимым ресурсом при организации производственных циклов нефтеперегонного завода. Вода используется в следующих качествах:

• охлаждающий агент конечного продукта;
• охладитель технологических агрегатов и оборудования;
• растворитель для приготовления растворов реагентов;
• источник пара;
• источник конденсата.

Из-за многообразия использования водного ресурса сточные воды НПЗ весьма отличаются друг от друга по составу и степени загрязненности. Характеристики стоков также зависят от качества перерабатываемой нефти и ассортимента продуктов нефтеперерабатывающего завода.

Обычно стоки НПЗ содержат или могут содержать в себе следующие вещества: масло- и нефтепродукты, парафины, сульфаты, жирные кислоты, ПАВ, фенол, карбамид, циклические органические углеводороды, аммонийные ионы и др.

Источники загрязнений сточных вод НПЗ:

1. Переработка сернистой нефти и очистка нефтепродуктов щелочами на некоторых установках дает сернисто-щелочные сточные воды высокой концентрации. Отводимый от оборудования паро-водяной конденсат при переработке сернистой нефти загрязняется сульфидами и фенолами.
2. Комплексная переработка нефти и газа для получения синтетических продуктов порождает сточные воды от химических цехов, в составе которых имеются органические кислоты и спирты, фенолы и т.п. Загрязненность этих вод может достигать высоких значений — параметр БПК может превышать 2000 мг/л.
3. Сильно загрязненные сточные воды образуются в процессах обессоливания и обезвоживания. Это особенно выражено, если на электрообессоливающих установках используются водорастворимые деэмульгаторы, сульфонафты и др.
4. Сточные воды от установок ЭЛОУ отличаются характерным запахом керосина. Для этих вод характерны высокие показатели ХПК и БПК. Производство присадок и автомасел порождает еще более загрязненные стоки.

Для оценки количества нефтепродуктов, попадающих в сточные воды, принимают долю 2% от количества сырьевой нефти. Но в ряде случаев этот показатель может быть существенно выше.

Сложность очистки стоков от нефтепродуктов заключается в трудностях при удалении эмульгированной нефти, особенно в случае стойкой нефтяной эмульсии.

Влияние предприятий нефтепереработки на окружающую среду существенно — они являются крупными источниками загрязнения природных вод.

В настоящее время не всегда возможно достичь нормативных показателей для сброса сточных вод в природные среды. Строгие санитарно-гигиенические нормативы и недостаточно эффективные системы очистки на предприятиях НПЗ являются причиной того, что содержание загрязнителей в сточных водах часто превышает нормативные концентрации.

Для уменьшения воздействия на окружающую среду и сокращения издержек предприятия в части нормативных и сверхнормативных экологических платежей и штрафов необходимо переходить на замкнутые и ресурсосберегающие технологические циклы оборотного водоснабжения. Мероприятия для снижения водопотребления и более полного использования повторной очищенной воды замкнутых водооборотных циклов дополнительно повысят эффективность экологических и технологических процессов.

источник

Оценка экологической опасности сточных вод предприятий нефтепереработки и нефтехимии. Анализ состава органических загрязнений сточных вод. Характер биологической очистки сточных вод промышленных предприятий. Определение наличия биогенных элементов.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Студента 1 курса бакалавриата Института химии

Овчинникова Александра Андреевича

Руководитель практики от университета

1.Характеристика систем очистки сточных вод НПЗ

2.Сооружения биологической очистки сточных вод НПЗ

3.Классификация биологических методов очистки

Сточные воды предприятий нефтепереработки и нефтехимии высокотоксичны и при существующих объемах водоотведения представляют собой серьезную экологическую опасность. Очистка этих стоков до параметров, предусмотренных действующими в настоящее время нормативными требованиями, традиционными способами практически невозможна. Кроме того, в некоторых случаях высокая загрязненность воды, использующейся в технологических процессах, приводит к значительным экономическим потерям, часто необратимым.

Это создает предпосылки для более высокой эффективности работы биологических очистных сооружений на предприятиях, что зачастую не соответствует действительности, так как изношеное инженерное оборудование. В связи с этим является необходимым реконструкция некоторых узлов на станциях биологической очистки.

Модернизация аэробной очистки в аэротенках может идти несколькими путями: увеличение дозы активного ила в аэротенке, за счёт размещения в нем кассет биозагрузки, совершенствование гидродинамического режима аэротенков, а также совершенствование систем аэрации сточных вод.

Критерием оптимальности при выборе способа модернизации аэротенка является минимум затрат при обеспечении требуемого качества очищенной воды.

1. Характеристика систем очистки сточных вод НПЗ

В зависимости от качества исходной нефти, глубины ее переработки, применяемых катализаторов, а также номенклатуры получаемых товарных продуктов нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) условно можно отнести к заводам следующих профилей:

1. Топливного с неглубокой переработкой нефти. На таких заводах предусматривается выпуск автомобильных бензинов, авиационных керосинов, мазута (как котельного топлива), битумов, дизельного топлива, в отдельных случаях парафина, серы, иногда ароматических углеводородов (бензол, ксилол и др.).

2. Топливного с глубокой переработкой нефти. Номенклатура основных товарных продуктов такая же, как и у заводов первого профиля, но значительная часть мазута направляется на вторичные процессы термической переработки (крекинг, коксование, алкилирование) для получения высококачественных бензинов, нефтяного кокса и других продуктов.

3. Топливно-масляного с неглубокой переработкой нефти. Основные товарные продукты такие же, как и у заводов первого профиля, но имеются технологические установки, использующие часть мазута для получения технических масел.

4. Топливно-масляного с глубокой переработкой нефти. Номенклатура основных товарных продуктов такая же, как и у заводов второго профиля, но имеются установки для производства масел.

5. Топливно-нефтехимического с глубокой переработкой нефти и получением из промежуточного исходного сырья (жидкие и газообразные фракции нефти) нефтехимических продуктов: этилена, полиэтилена, полипропилена, бутиловых спиртов и др.

В состав нефтеперерабатывающего завода независимо от его профиля входят следующие основные установки: электрообессоливаюшая (ЭЛОУ) для подготовки нефти с целью ее обезвоживания и обессоливания; комбинированная или атмосферно-вакуумная трубчатые установки (АВТ), предназначенные для прямой перегонки нефти на фракции, отличающиеся температурой кипения; щелочной очистки нефтепродуктов от непредельных углеводородов, смолистых и других веществ; гидроочистки дизельного топлива; производства битума; получения серы, а в ряде случаев парафина и ароматических углеводородов.

На нефтеперерабатывающих заводах предусматриваются две основные системы производственной канализации:

I система— для отведения и очистки нефтесодержащих нейтральных производственных и производственно-ливневых сточных вод. В этом случае в единую канализационную сеть поступают соответствующие сточные воды большинства технологических установок: от конденсаторов смешения и скрубберов (кроме барометрических конденсаторов на атмосферно-вакуумных трубчатках), от дренажных устройств аппаратов, насосов и резервуаров (исключая сырьевые), от охлаждения сальников насосов, от промывки нефтепродуктов (при условии малых концентраций щелочи в воде), от смыва полов, а также ливневые воды с площадок установок и резервуарных парков. Сточные воды первой системы канализации после очистки, как правило, используются для производственного водоснабжения (пополнение системы оборотного водоснабжения и для отдельных водопотребителей).

II система — для отведения и очистки производственных сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты и нефтяные эмульсии, соли, реагенты и другие органические и неорганические вещества. Вторая система канализации в зависимости от вида и концентрации загрязняющих веществ включает следующие самостоятельные сети:

— нефтесолесодержащих вод от установок по подготовке нефти, подтоварных вод сырьевых парков, сливных эстакад, промывочно-пропарочных станций;

— концентрированных сернисто-щелочных вод (растворы от защелачивания нефтепродуктов, сернисто-щелочные конденсаты);

— сточных вод производства синтетических жирных кислот (СЖК), содержащих парафин, органические кислоты и другие вещества;

— сточных вод нефтехимических производств (например, производств этилена, пропилена, бутиловых спиртов), загрязненных растворенными органическими веществами;

— сточных вод, содержащих тетраэтилсвинец от этилосмесительных установок и других объектов, где используется этилированный бензин;

— кислых сточных вод, загрязненных минеральными кислотами и солями.

Отдельные сети могут отсутствовать, если, например, на заводе нет производств, сбрасывающих соответствующие виды сточных вод, или предусмотрен их объединенный отвод.

Сточные воды второй системы канализации, содержащие соли, после очистки, как правило, сбрасываются в водоем. Не исключаются частные случаи использования этих стоков, а при соответствующих обоснованиях — их обессоливание и возврат в производство.

На отечественных и зарубежных нефтеперерабатывающих заводах общепринятая схема включает три стадии очистки:

1) механическая — очистка от грубодисперсных примесей (твердых и жидких);

2) физико-химическая — очистка от коллоидных частиц, обезвреживание сернисто-щелочных вод и стоков ЭЛОУ;

3) биологическая — очистка от растворенных примесей.

Кроме того, производится доочистка биологически очищенных сточных вод.

Для очистки сточных вод I системы в настоящее время на отечественных предприятиях используют две схемы.

Первая схема включает очистку сточных вод в нефтеловушках, прудах, флотаторах песчаных фильтрах и т.д. Очищенная вода используется, для подпитки оборотных систем.

Вторая более перспективная схема, кроме сооружений механической и физико-химической очистки, включает сооружения биологической очистки, а в некоторых случаях — установки доочистки сточных вод.

В состав сооружений очистки сточных вод II системы входят установка механической очистки, физико-химической очистки сернисто-щелочных стоков, а также двухступенчатой биологической очистки. Кроме того, могут использоваться установки деминерализации воды, а также ее доочистки от взвешенных и растворенных органических примесей.

На рисунке приведены схемы организации очистки сточных под канализации I и канализации II на отечественных НПЗ.

2. Сооружения биологической очистки сточных вод НПЗ

Основными сооружениями биохимической очистки на отечественных НПЗ служат аэротенки и вторичные отстойники. Как правило, на очистных сооружениях НПЗ применяют аэротенки с рассредоточенным впуском сточных вод и аэротенки —смесители. Обычные аэротенки— вытеснители — чаще всего применяют на второй ступени очистки.

Биологические фильтры практически не нашли применения для очистки нефтесодержащих сточных вод на отечественных предприятиях, так как опыт их эксплуатации на одном из НПЗ показал, что эффект очистки в них значительно ниже, чем в аэротенках. В настоящее время биологические фильтры используют только на двух нефтеперерабатывающих заводах как вторую ступень очистки. Биологические пруды на отечественных заводах применяют только в качестве сооружений для доочистки биохимически очищенных сточных вод НПЗ.

Аэротенк представляет собой аппарат с постоянно протекающей сточной водой, во всей толще которой развиваются аэробные микроорганизмы, потребляющие субстрат, т.е. «загрязнение» этой сточной воды.

Биологическая очистка сточных вод в аэротенках происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов активного ила. Сточная вода непрерывно перемешивается и аэрируется до насыщения кислородом воздуха. Активный ил представляет собой суспензию микроорганизмов, способную к флокуляции.

Механизм изъятия органических веществ из сточной воды и их потребление микроорганизмами может быть представлено тремя этапами:

1 этап — массопередача органического вещества из жидкости к поверхности клетки. Скорость протекания этого процесса определяется законами молекулярной и конвективной диффузии веществ и зависит от гидродинамических условий в аэротенке. Оптимальные условия для подведения загрязнений и кислорода создаются посредством эффективного и постоянного перемешивания содержимого аэротенка. Первый этап протекает быстрее последующего процесса биохимического окисления загрязнений.

2 этап — диффузия через полупроницаемые мембраны в клетке или самого вещества, или продуктов распада этого вещества. Большая часть вещества поступает внутрь клеток при помощи специфического белка-переносчика, который образует комплекс, диффундирующий через мембрану.

3 этап — метаболизм органического вещества с выделением энергии и образованием нового клеточного вещества. Превращение органических соединений носит ферментативный характер. Определяющими процессами для технологического оформления очистки воды являются скорости изъятия загрязнений и скорость разложения этих загрязнений. Активный ил в контакте с загрязнённой жидкостью в условиях аэрации проходит следующие фазы развития:

1. Лаг-фазу I, или фазу адаптации ила к составу сточной воды. Прироста биомассы практически не происходит.

2. Фазу экспоненциального роста II, в которой избыток питательных веществ и отсутствие продуктов обмена способствуют максимальной скорости размножения клеток.

3. Фазу замедленного роста III, в которой скорость роста биомассы начинает сдерживаться недостатками питания и накоплением продуктов метаболизма.

4. Фазу нулевого роста IV, в которой наблюдается практически стационарное состояние в количестве биомассы.

5. Фазу эндогенного дыхания (или фазу самоокисления) V, в которой из-за недостатка питания начинаются отмирание и распад клеток, ведущие к снижению общего количества биомассы.

Аэротенки могут быть классифицированы по гидродинамическому режиму их работы:

I) аэротенки идеального вытеснения;

2) аэротенки идеального смешения;

3) аэротенки промежуточного типа

Гидродинамический режим работы аэротенков оказывает принципиальное влияние на условия культивирования микроорганизмов, а, следовательно, на эффективность и экономичность биологической очистки сточных вод.

Конструкции аэротенков могут быть различными и зависят от системы аэрации, способа распределения потоков сточных вод и возвратного ила и т.д. Имеются также конструкции аэротенков, совмещенных с отстойниками и фильтрами, с регенерацией активного ила и без нее.

Существует также классификация аэротенков по величине «нагрузки» на активный ил: высоконагружаемые (аэротенки на неполную очистку), обычные и низко нагружаемые (аэротенки продленной аэрации).

Большое значение в конструкции аэротенков имеет система аэрации. Применяются аэротенки с пневматической, пневмомеханической, механической и инжекционной системами аэрации.

Аэрационные системы предназначены для подачи и распределения кислорода или воздуха в аэротенке, а также поддержания активного ила во взвешенном состоянии.

Аэротенки-смесители (аэротенки полного смешения) характеризуются равномерной подачей по длине сооружения исходной воды и активного ила и равномерным отводом иловой смеси. Полное смешение в них сточных вод с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления, поэтому аэротенки-смесители более приспособлены для очистки концентрированных производственных сточных вод (БПК полное до 1000 мг/л) при резких колебаниях их расхода, состава и количества загрязнений. На рисунке представлен Аэротенк- смеситель.

В отличие от аэротенков других типов (аэротенков-смесителей и аэротенков промежуточного типа), аэротенки-вытеснители представляют собой сооружения, в которых очищаемая сточная вода постепенно перемещается от места впуска к месту ее выпуска. При этом практически не происходит активного перемешивания поступающей сточной воды с ранее поступившей. Процессы, протекающие в этих сооружениях, характеризуются переменной скоростью реакции, поскольку концентрация органических загрязнений уменьшается по ходу движения воды. Аэротенки-вытеснители весьма чувствительны к изменению концентрации органических веществ в поступающей воде, особенно к залповым поступлениям со сточными водами токсических веществ, поэтому такие сооружения рекомендуется применять для очистки городских и близких по составу к бытовым промышленных сточных вод.

При отсутствии резких колебаний расхода сточных вод и содержания токсических веществ вместо аэротенков-смесителей предпочтительнее применять аэротенки-вытеснители, которые отличаются меньшим объемом и простотой конструкции.

Разновидностью аэротенков-вытеснителей является секционированный аэротенк, в котором для предотвращения возвратного движения воды коридоры сооружения разделены поперечными перегородками на пять-шесть последовательно проточных секций (ячеек). Секционирование оказывается целесообразным при длине коридоров в аэротенках менее 60—80 м.

Коридорный аэротенк работает практически как вытеснитель при отношении расстояния от впуска очищаемой воды до конца последнего коридора к ширине коридора не менее 50 : 1. При ширине коридора 6 или 9 м минимальное расстояние от впуска сточной воды до конца последнего коридора должно составлять соответственно 300 и 450 м.

Наиболее компактны комбинированные сооружения — аэротенки-отстойники. За рубежом этот тип сооружения круглой в плане формы с механическими аэраторами получил название аэроакселатора. Совмещение аэротенка с отстойником позволяет увеличить рециркуляцию иловой смеси без применения специальных насосных станций, улучшить кислородный режим в отстойнике и повысить дозу ила до 3—5 г/л, соответственно увеличив окислительную мощность сооружения.

Разновидность аэротенка-отстойника — аэроакселатор, предложенный НИКТИ ГХ, представляет собой круглое в плане сооружение. Осветленные сточные воды поступают в нижнюю часть зоны аэрации, куда пневматическим или пневмомеханическим способом подается воздух, что обеспечивает процесс биохимического окисления, а также создает циркуляционное движение жидкости в этой зоне и подсос иловой смеси из циркуляционной зоны отстойника. Из зоны аэрации иловая смесь через затопленные регулируемые переливные окна поступает в воздухоотделитель и далее в циркуляционную зону отстойника. Значительная часть иловой смеси через щель возвращается в зону аэрации, а отводимые очищенные сточные воды через слой взвешенного осадка поступают в отстойную зону.

Вторичные отстойники являются составной частью сооружений биологической очистки, располагаются в технологической схеме непосредственно после биоокислителей и служат для отделения активного ила от биологически очищенной воды, выходящей из аэротенков, или для задержания биологической пленки, поступающей с водой из биофильтров.

Эффективность работы вторичных отстойников определяет конечный эффект очистки воды от взвешенных веществ.

Для технологических схем биологической очистки сточных вод в аэротенках вторичные отстойники в какой-то степени определяют также объем аэрационных сооружений, зависящий от концентрации возвратного ила и степени его рециркуляции, способности отстойников эффективно разделять высококонцентрированные иловые смеси.

Иловая смесь, поступающая из аэротенков во вторичные отстойники, представляет собой гетерогенную (многофазную) систему, в которой дисперсионной средой служит биологически очищенная сточная вода, а основным компонентом дисперсной фазы являются хлопки активного ила, сформированные в виде сложной трехуровневой клеточной структуры, окруженной экзоклеточным веществом биополимерного состава.

Важнейшим свойством иловой смеси как дисперсной системы является ее агрегативная неустойчивость, которая выражается в изменении диаметра хлопков активного ила в пределах 20-300 мкм в зависимости от интенсивности турбулентного перемешивания.

При снижении интенсивности турбулентного перемешивания и последующем отстаивании иловой смеси в результате биофлокуляции происходит агрегирование хлопков активного ила в хлопья размером 1-5 мм, которые осаждаются под воздействием силы тяжести.

Осаждение хлопьев активного ила (при его концентрации в иловой смеси более 0,5-1 г/л) происходит с образованием видимой границы раздела фаз между осветляемой водой и илом.

Гидродинамический режим работы вторичных отстойников формируется в результате совокупного воздействия следующих гидродинамических условий:

* режим впуска иловой смеси в сооружение, оцениваемый скоростью ее входа и определяющий интенсивность взаимодействия входящего потока с потоками оседающего ила и осветляемой воды;

* процесс сбора осветленной воды, определяемый в основном скоростью подхода воды к сборному лотку и его удаленностью от уровня осевшего ила;

* режим отсоса осевшего ила, определяемый скоростью входа ила в сосуны илососа, уровнем стояния ила и удаленностью сосунов от сборного лотка.

Вторичные отстойники бывают вертикальными, горизонтальными и радиальными. Для очистных станций пропускной способности до 20000 м3/сут применяются вертикальные вторичные отстойники, для очистных станция средней и большой пропускной способности (более 15000 м3/сут) — горизонтальные и радиальные.

3. Классификация биологических методов очистки

Биологические методы очистки применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических веществ (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и др.). Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания. Контактируя с органическими веществами микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углевода, нитрит-, сульфатионы и др. Органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода. Разрушение органических веществ с помощью микроорганизмов называют биохимическим окислением.

Все применяемые методы очистки сточных вод от органических загрязнений и неокисленных минеральных соединений с помощью микроорганизмов разделяются на анаэробные и аэробные.

Анаэробные микробиологические процессы осуществляются при минерализации как растворенных органических веществ, так и твердой фазы сточных вод. Анаэробные процессы протекают в замедленном темпе, идут без доступа кислорода, используются, главным образом, для сбраживания осадков. Аэробный метод очистки основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20—40°С. При изменении кислородного и температурного режимов состав и количество микроорганизмов меняется. Аэробные процессы очистки применяются преимущественно для минерализации органических веществ, растворенных в жидкой фазе сточных вод. Некоторые органические вещества легко поддаются биологическому окислению, а некоторые окисляются очень трудно или не окисляются совсем. Для установления возможности подачи промышленных сточных вод на биологические очистные сооружения устанавливаются максимальные концентрации органических веществ которые не влияют на процессы биологического окисления и на работу очистных сооружении.

Доступность какого-либо вещества биологическому окислению может быть оценена величиной биохимического показателя, под которым понимают отношение величин полного БПК (БПКполн) и ХПК. Биохимический показатель является параметром, необходимым для расчёта и эксплуатации промышленных биологических сооружений для очистки сточных вод. При величине биохимического показателя равном или более 0,5, вещества поддаются биохимическому окислению. Величина биохимического показателя колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод. Промышленные сточные воды имеют низкий показатель (0,05 — 0,3), бытовые сточные воды — свыше 0,5.

экологический биогенный нефтепереработка сточный

Таким образом, при решении вопроса о биологической очистке сточных вод требуется проведение тщательного анализа состава органических загрязнений сточных вод. Целесообразно проводить совместную биологическую очистку производственных стоков с хозяйственно-бытовыми стоками. Следовательно, характеристика органических загрязнений по наличию биогенных элементов — это один из факторов, определяющих возможность и характер биологической очистки сточных вод промышленных предприятий.

Механическая очистка сточных вод на канализационных очистных сооружениях. Оценка количественного и качественного состава, концентрации загрязнений бытовых и промышленных сточных вод. Биологическая их очистка на канализационных очистных сооружениях.

курсовая работа [97,3 K], добавлен 02.03.2012

Определение концентрации загрязнений сточных вод. Оценка степени загрязнения сточных вод, поступающих от населенного пункта. Разработка схемы очистки сточных вод с последующим их сбросом в водоем. Расчет необходимых сооружений для очистки сточных вод.

курсовая работа [2,3 M], добавлен 09.01.2012

Анализ полной биологической очистки хозяйственно–бытовых сточных вод поселка городского типа. Технологическая схема биологической очистки стоков и ее описание. Расчет аэротенка-вытеснителя с регенератором, технологической схемы очистки сточных вод.

дипломная работа [1,1 M], добавлен 19.12.2010

Предназначение и основные методы биологической очитки воды. Важность качественной очистки сточных вод для охраны природных водоемов. Деградация органических веществ микроорганизмами в аэробных и анаэробных условиях, оценка преимуществ данного метода.

реферат [53,5 K], добавлен 14.11.2010

Внедрение технологии очистки сточных вод, образующихся при производстве стеновых и облицовочных материалов. Состав сточных вод предприятия. Локальная очистка и нейтрализация сточных вод. Механические, физико-химические и химические методы очистки.

курсовая работа [3,0 M], добавлен 04.10.2009

Общая характеристика проблем защиты окружающей среды. Знакомство с этапами разработки технологической схемы очистки и деминерализации сточных пластовых вод на месторождении «Дыш». Рассмотрение методов очистки сточных вод нефтедобывающих предприятий.

дипломная работа [2,2 M], добавлен 21.04.2016

Оценка воздействия общества на природную среду. Условия выпуска промышленных сточных вод в реки и озера. Схема оборотного водоснабжения предприятия с очисткой и охлаждением сточных вод. Характеристика способа механической очистки канализационных вод.

контрольная работа [1,1 M], добавлен 13.12.2010

Очистка сточных вод как комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных водах. Особенности механического, биологического и физико-химического способа. Сущность термической утилизации. Бактерии, водоросли, коловратки.

презентация [580,0 K], добавлен 24.04.2014

Очистка промышленных сточных вод с использованием электрохимических процессов и мембранных методов (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос). Новые изобретения для очистки и обеззараживания коммунально-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.12.2013

Загрязнение водных ресурсов сточными водами. Влияние выпуска сточных вод металлургических предприятий на санитарное и общеэкологическое состояние водоемов. Нормативно-правовая база в области очистки сточных вод. Методика оценки экологических аспектов.

дипломная работа [214,2 K], добавлен 09.04.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

источник

На нефтеперерабатывающих заводах используется огромное количество воды. А значит, существует большое количество способов сохранить средства, затрачиваемые на очистку сточных вод и организацию системы оборотного водоснабжения.

Среди первой десятки крупнейших корпораций в мире, шесть компаний являются нефтяными. Самые большие проблемы, которые приходится решать этим компаниям, существуют в подразделениях, занимающихся переработкой нефти. Им приходится расширять производственные мощности, производить продукты отвечающие требованиями рынка, работать над повышением экологической безопасности в соответствии с все более ужесточающимися требованиями природоохранного законодательства, снижать и оптимизировать издержки производства.

Если сделать анализ изменений соотношения стоимости бензина и сырой нефти во время экономических кризисов в прошлом, изучить недавний квартальный отчет Комиссии по ценным бумагам и биржам (10-Q) по ряду крупных нефтяных компаний, то, по крайней мере в настоящее время, кажется, что нефтяная промышленность — одна из немногих важных отраслей промышленности, наименее затронутая текущим американским экономическим кризисом. Однако если нисходящие тенденции развития экономики продолжатся, то рано или поздно нефтяная промышленность также будет испытывать значительные трудности.

Учитывая вышесказанное, возможно, сейчас самое лучшее время для НПЗ, чтобы увеличить инвестиции в проекты, которые приведут к снижению эксплуатационных издержек. Доля расходов нефтеперерабатывающих заводов на природоохранные мероприятия неуклонно растет. Снижение такого типа затрат – это хорошая возможность для менеджмента компании увеличить операционную прибыль предприятия. К сожалению, отделы по охране окружающей среды считаются центрами затрат нефтеперерабатывающих заводов, а не центрами получения прибыли. Кроме того, часто эти отделы не имеют достаточно ресурсов для того, чтобы осуществить масштабные мероприятия, которые существенно повлияют на финансовый результат деятельности организации.

Выбор водных потоков для организации оборотного водоснабжения

Наглядным примером является централизованная очистка сточных вод среднестатистического нефтеперерабатывающего завода. Руководители очистных сооружений часто вынуждены бороться за то, чтобы получить финансовую поддержку, кадры или внутренние услуги со стороны подразделений, которые выпускают конечную продукцию и являются центрами прибыли предприятия. При этом центры получения прибыли: ЭЛОУ, АВТ, установка каталитического крекинга, установка гидрокрекинга, установка замедленного коксования и т.п., потребляют огромное количество чистой воды. Затраты нефтеперерабатывающего завода в организации водоснабжения связаны, в основном, с обработкой обессоленной воды ЭЛОУ, воды для подпитки градирен и воды для котельных установок.

Рассмотрим следующие данные:

• Типичный нефтеперерабатывающий завод потребляет 2,5 м 3 воды на 1м 3 перерабатываемой сырой нефти.
• Типичный крупный НПЗ производит 35-45 тыс. м 3 /сутки сточных вод, которые собираются в центральном коллекторе. Обычно эта цифра не включает в себя промышленно-ливневые и хозяйственно-бытовые сточные воды, которые в дальнейшем также подаются на очистные сооружения.
• Учитывая расходы на водоподготовку и очистку стоков, крупный нефтеперерабатывающий завод затрачивает на обработку воды около 100’000 $ в сутки.

Уже много лет НПЗ изучают возможность очистки образующихся сточных вод непосредственно у источников их образования, например, после электродегидратора ЭЛОУ. Рассматривалась концепция, при которой сточные воды обрабатываются на локальных очистных сооружениях и используются повторно в технологическом процессе. В целом, основываясь на устаревших технологиях, большинство НПЗ считало такую схему непомерно дорогой. Считалось, что идея использовать высококвалифицированный персонал с технологических установок завода и привлекать его к управлению сложными процессами на локальных очистных сооружениях, скажем на ЛОС с установки первичной переработки нефти, приведет к значительному увеличению расходов по эксплуатации, не говоря уже о катастрофических последствиях для окружающей среды, в случае нарушения условий функционирования очистных сооружений.

ЭЛОУ является одним из самых крупных источников образования производственных сточных вод на нефтеперерабатывающем. Эти стоки, содержащие нефтяные углеводороды, аммоний и органическую серу, очень трудно обрабатывать. А требования к подаваемой воде очень высокие, как к паровому конденсату.

Исторически, традиционные способы очистки этих стоков считались чрезвычайно дорогими с точки зрения обработки воды для повторного использования. Однако современные технологии биологического удаления указанных выше трех основных загрязнителей, позволяют достичь «нулевого сброса» после ЭЛОУ и использования этой воды для внутренних нужд завода, увеличивая рентабельность предприятия.

В течение последних семи лет несколько нефтеперерабатывающих заводов успешно реализовали программу локальной очистки сточных вод и повторного использования их в технологическом процессе. Первым предприятием, применившим описываемую технологию, стал завод Petrobras в Бразилии.

(нажмите на картинку, чтобы посмотреть в хорошем разрешении)

Центральным звеном в процессе очистки этих сточных вод является трех стадийный реактор биологической очистки. На первой стадии, для очистки от нефтепродуктов и углеводородов, используется наиболее эффективный вид технологии очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов – обработка активным илом. В данном случае используется реактор переменного действия ( SBR -реактор) с автоматической системой управления циклами очистки в зависимости от содержания загрязняющих веществ. Ввиду высокого уровня автоматизации нет необходимости в высококвалифицированном персонале, который хорошо разбирается в процессах управления биологической очистки. Используется два SBR реактора, которые работают поочередно: в то время как первый наполняется, второй – опустошается. Следует отметить, что использование в данном случае мембранных биореакторов ( MBR -реактор) (белее молодая технология), возможно, не является хорошим выбором, т.к. при этом будут потенциально более высокие расходы, связанные с выходом мембран из строя из-за наличия в воде нерастворенных нефтепродуктов.

На второй стадии используется погружной реактор с прикрепленной биопленкой. Основная задача этой стадии – удаление органических сернистых загрязнений, таких как меркаптаны, используя специальные бактерии, окисляющие сернистые соединения и разрушающие углеводороды. Этот тип реактора наилучшим образом подходит для обработки воды после ЭЛОУ как с точки зрения практичности, так и потому, что в нем нет движущихся частей для подачи растворенного воздуха. Конечно, часть серы окисляется в ходе обработки сточных вод на SBR -реакторе, однако этого недостаточно, чтобы достичь требуемого качества очистки на выходе. На второй стадии также происходит дополнительное окисление углеводородов, в частности, предельных углеводородов, углеводородов с двойной или тройной связью и других типов углеводородов, которые трудно удалить при наличии серы в сточных водах и которые требуют дополнительного времени для полного разложения.

И, наконец, на третьей стадии, благодаря процессам нитрификации, происходит удаление аммония в погружном реакторе с прикрепленной биопленкой. Безусловно, часть аммония будет удаляться еще на первой стадии в ходе очистки сточных вод от углеводородов бактериями. Но проведение процессов нитрификации на первом этапе является не лучшей идеей для автоматических реакторов периодического действия, т.к. требуются разные условия для нитрификации и для окисления углеводородов микроорганизмами. Нитрификация именно на третьем этапе очистки позволяет достичь оптимального режима обработки сточных вод, так как стоки данного типа характеризуются высокой нагрузкой по аммонию и требуется приложить дополнительные усилия по его извлечению. В описываемой схеме основные ингибиторы, препятствующие процессу нитрификации, уже удалены на 1-й и 2-й стадии биологической очистки.

Сам по себе процесс нитрификации хорошо изучен. Однако в данном случае, благодаря наличию стадии 1 и 2, на начальных стадиях очистки обеспечивается дополнительная защита чувствительных к составу воды нитрифицирующих бактерий и достигается плавность процесса очистки. Такой способ защиты процессов нитрификации на начальных стадиях реально не применялся на большинстве очистных сооружений НПЗ. Вероятно, это и есть основная причина, по которой в часто происходит нарушение работы биологической стадии очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов.

Что касается дальнейшего использования очищенной воды, то с точки зрения наибольшей эффективности и рентабельности, лучшим применением для нее является использование в качестве подпиточной воды котлов низкого давления, градирен и котлов высокого давления (см. рис. 1). Все остальные типы стоков, не отвечающие техническим требованиям, легко могут быть собраны, отведены и использованы для подачи обессоленной воды в соответствии с технологической схемой.

Итак, что насчет обоснования затрат и возврата инвестиций? Очевидно, что база для финансовых расчетов будет значительно меняться в зависимости от условий на конкретном предприятии. Например:

• Подача воды: имеется ли собственный источник пресной воды или покупается очищенная вода у водоканала;
• Характеристики сырой нефти: West Texas Intermediate или Dubai Fateh .
• Состав технологических установок НПЗ: характеристики сточных вод на заводах топливного профиля отличаются от стоков заводов топливно-масляного профиля;
• Установленная система водоподготовки: ионообменные установки для обработки котельной воды или обратный осмос.
• Платежи за загрязнение окружающей среды: штрафы за сброс в водоемы рыбохозяйственного назначения или платежи за сброс в городские очистные сооружения.

Стоимость обслуживания трех стадийного биологического реактора в сравнении с другими технологиями очистки, которые позволяют достичь того же качества сточных вод оказывается значительно ниже, а значит эффективность инвестиций в реконструкцию очистных сооружений – выше. В результате анализа финансовых показателей работы очистных сооружений были получены следующие данные по стоимости очистки стоков крупных НПЗ, производящих весь спектр конечных продуктов переработки нефти:

1. Затраты на очистку сточных вод на трех стадийном реакторе составляют 4,49 $/1000 м 3 .

2. Затраты на очистку сточных вод с использованием другой, наиболее подходящей технологии, которая позволяет достичь требуемых для ЭЛОУ параметров воды составляют 249,38 $/1000м 3 .

Затраты по варианту 2 не включают в себя расходы по утилизации или регенерации активированного угля, введению химреагентов, таких как перманганат, пероксид, хлорирование, введения щелочи и т.д.

Принимая во внимание указанные выше цифры, можно рассчитать, что для нефтеперерабатывающих заводов среднего и крупного размеров, примерный срок окупаемости инвестиций составляет около 3 лет.

Давайте ответим на вопрос, какую выгоду получит НПЗ, используя новый инновационный метод очистки сточных вод?

1. Вывод из системы централизованной очистки около 70 м 3 /ч сточных вод, что снижает эксплуатационные расходы и нагрузку на окружающую среду;
2. Около 56 м 3 /ч воды с качеством, соответствующим подпиточной воде для паровых котлов будет собрано для подачи на котлы низкого давления, охлаждение теплообменников, что снижает расходы на водоподготовку;
3. Достигнут значительный уровень экономии тепловой энергии, благодаря отводу тепла ЭЛОУ. Энергия не тратится впустую, т.к. благодаря изменению схемы водных потоков часть воды направляется на подпитку котла и снижается расход топлива на подогрев воды в деаэраторе.

Другие источники экономии средств

Кроме преимуществ, связанных с повторным использованием очищенной воды от электродегидраторов ЭЛОУ, существует несколько других источников сточных вод, образующихся на различных технологических установках по переработке нефти, которые имеют хороший потенциал снизить стоимость обработки сточных вод.

В особенности это касается воды, поступающей с установки вакуумной перегонки нефти и установки гидроочистки дистиллянтов. Даже если сточные воды содержат цианиды (они, например, попадают в воду на установке каталитического крекинга и установке замедленного коксования) — имеется возможность обработки на очистных сооружениях описанной конструкции. В данном случае конфигурация биореактора легко может быть изменена для биодеградации простых цианидов. Оставшиеся комплексные цианиды позже могут быть удалены на существующей системе подготовки котельной воды на ионообменной установке. Т.е. удаление цианидов не потребует дополнительных инвестиций в оборудование.

Во всяком случае, если НПЗ заинтересован организовать оборотное водоснабжение, то отправной точкой должно стать составление материального и теплового баланса всех водных потоков предприятия, включая анализ затрат на очистку каждого потока. Результатом такого исследования станет четкое понимание того, в каком месте можно получить максимальную отдачу от средств, вложенных в программу управления водным хозяйством нефтеперерабатывающего завода.

Автор: Dave Kujawski , Refinery Water Engineering & Associates , имеет более, чем 30-ти летний опыт в области очистки сточных вод промышленных предприятий, как в качестве штатного технолога нефтеперерабатывающего завода, так и в качестве внешнего консультанта. Он благодарит НПЗ Petrobras (Бразилия) за сотрудничество в этом инновационном проекте по организации оборотного водоснабжения.

источник

1 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 1 УДК АНАЛИЗ РИСКА ВОЗДЕЙСТВИЯ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Т. В. ПОПОВА, Н.М. ПРИВАЛОВА Кубанский государственный технологический университет, , Российская Федерация, г. Краснодар, ул. Московская, 2, электронная почта: В статье рассматривается проблема нанесения ущерба окружающей среде от промышленных технологий нефтеперерабатывающих предприятий, который можно охарактеризовать риском, характер и масштабы которого зависят от типа и объемов потребляемых нефти и топлива, способов их использования, уровня технологии системы безопасности и эффективности. Освещен вопрос водопотребления нефтеперерабатывающими предприятиями, их качественный и количественный состав, способы водоотведения и системы очистки на заводах. В статье предложено построение дерева отказов, а также произведен анализ вероятности наступления аварийной ситуации на нефтеперерабатывающем заводе при розливе нефтезагрязненных сточных вод. Ключевые слова: безопасность, риск, нефтеперерабатывающие предприятия, сточные воды, дерево отказов, аварийная ситуация. Любой хозяйствующий субъект, в своей деятельности сталкивается с риском. Риск лежит в основе принятия всех управленческих решений [1]. Под риском понимают вероятность наступления неблагоприятных событий при выполнении технологического процесса или в сфере жизнедеятельности человека. Риск (ГОСТ Р ИСО ) можно идентифицировать путем выявления описания и систематизации источников опасностей, а также оценить и прогнозировать его значение на основе специальных исследований о предстоящем развитии событий, явлений процессов, их изменений и исходов. Термин «оценка риска» может выражать процедуру определения его величины, т.е. оценивание риска, а также величину степени этого риска. В области решения конкретных задач оценки, анализа и прогнозирования техногенного риска универсальность этого критерия состоит в способности количественного оценивания сразу двух параметров события частоты возникновения и последствий. Есть основание говорить о риске как о комплексной, двухпараметрической величине.

2 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 2 Не только величина, но и размерность параметров, составляющих риск, имеют значение для его понимания. Частота возникновения события обычно имеет размерность, обратную времени, например «раз в год». Величина и размерность второго параметра риска, характеризующая последствия нежелательного происшествия, определяется целью оценки риска. Последствия для человека могут быть выражены в виде утраты жизни, уменьшения ее средней ожидаемой продолжительности, количества специфических заболеваний либо травматизма, потерь трудоспособности и других показателей. Последствия в виде материального ущерба имущества государства, физических и юридических лиц обычно выражаются в рублевом эквиваленте либо материальных единицах: объемах выбросов или сбросов, площадей загрязненных территорий и т. п. Структуру оценки риска, определяет прежде всего присутствие двух параметров, составляющих риск это произведение величин вероятностей и последствий этого риска: (1) Результатом умножения является величина с размерностью средневременного ущерба, обычно руб./год. Такая форма выражения оценки риска представляется достаточно удобной для восприятия и сопоставления, в особенности при сравнении отдельных объектов технологической цепи предприятия по величине риска. Таким образом, оценка рисков выражается в виде трех форм: — вероятность; — стоимость (ущерб); — комбинированная форма, объединяющая две предыдущие [2]. Понятие риска является многоплановым, поэтому в научной литературе используются различные производные этого понятия в зависимости от области применения, стадии анализа опасности [3]. Рассматривая вопрос, связанный с нефтеперерабатывающей

3 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 3 промышленностью необходимо учитывать специфику данной отрасли, так как все технологические процессы в нефтяном производстве (разведка, бурение, добыча, сбор, хранение, транспортировка) при соответствующих условиях нарушают естественную среду [4]. Образование и выбросы вредных веществ на нефтеперерабатывающих предприятиях создают не только техногенную нагрузку на окружающую среду, но и общественно-политическую напряженность в обществе. Многие виды продукции нефтеперерабатывающих заводов, с передовой технологией, обеспечивающей комплексную переработку сырья и состоящей из сотен позиций, взрывоопасны и пожароопасны или токсичны. Перечисленные особенности современных объектов нефтепереработки обусловливают их потенциальную экологическую опасность. Ущерб промышленных технологий нефтеперерабатывающих заводов для окружающей среды можно охарактеризовать риском, характер и масштабы которого зависят от типа и объемов потребляемых нефти и топлива, способов их использования, уровня технологии системы безопасности и эффективности проведения работ по уменьшению загрязнений. Сырая нефть, а также многочисленные продукты ее переработки, широко используемые в хозяйственной деятельности в качестве топлива, смазок, исходного сырья для нефтехимической промышленности и т. д., попадают в значительных количествах в атмосферные, промышленные и хозяйственнобытовые сточные воды и вместе с ними поступают в открытые водоемы, почву, подземные водоносные горизонты, нарушая ход естественных биохимических процессов, вызывая гибель флоры и фауны озер, рек и морей, снижая плодородие почв. Таким образом, нефтесодержащие сточные воды стали одним из глобальных загрязнителей окружающей среды. Учитывая, что нефтеперерабатывающая промышленность является достаточно водоемкой, в этой отрасли постоянно совершенствуются системы водоиспользования и канализации для максимально возможного сокращения водопотребления и водоотведения [5].

4 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 4 Промышленные предприятия крупный потребитель хозяйственнопитьевой, и главным образом, технической воды. Вода используется в производственном цикле, на вспомогательных участках и для бытовых целей. Взаимодействуя с различными веществами в производственном цикле, вода в конечном счете насыщается вредными загрязняющими веществами и превращается в сточную воду [6]. Промышленные сточные воды — это жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке органического и неорганического сырья. Качественный и количественный состав сточных вод различен и зависит от отрасли промышленности и производственных процессов. По составу стоки подразделяют на три основных класса, содержащих: 1. неорганические загрязнения, включая токсичные; 2. органические загрязнения; 3. неорганические и органические загрязнения. К первому типу относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотных предприятий, обогатительных заводов марганцевых руд, свинцовых, никелевых, цинковых, в которых содержатся кислоты, щелочи, катионы тяжелых металлов и пр. Сточные воды этого типа, как правило, изменяют физические свойства воды. Сточные воды второго типа сбрасываются нефтеперерабатывающими заводами и нефтехимическими предприятиями, предприятиями органического синтеза и пр. В сточных водах присутствуют различные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и прочие вредные вещества. Токсикологическое воздействие стоков данного типа заключается, в основном, в процессах окисления, в результате которых снижается содержание кислорода в воде, возрастает биологическая (БПК) и химическая (ХПК) потребность в кислороде, происходит ухудшение органолептических свойств воды. Сточные воды третьего типа образуются в процессах гальванической обработки поверхностей, производстве печатных плат приборостроительной и радиоэлектронной промышленности и прочих технологических процессах. В

5 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 5 составе данных сточных вод присутствуют неорганические: щелочи, кислоты, катионы тяжелых и цветных металлов, и органические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, красители и другие вещества [7]. Основная особенность нефтезагрязнений в стоках меньшая плотность по сравнению с водой (бензин 0,7 0,76 г/см 3, дизельное топливо 0,8 0,9, реактивное топливо 0,8 0,85, мазут 0,94 1 г/см 3 ) и низкая растворимость в воде. Для мелких фракций практически равна нулю. В сточных водах нефтеперерабатывающих предприятий по дисперсному составу нефть может быть в свободном, эмульгированном и растворенном состоянии. При сбросе сточных вод в канализацию и водоемы необходимо проводить тщательное гигиеническое токсикологическое исследование (СанПин ). При содержании нефти в водоемах всего лишь в концентрации 0,01 г/л, вода становится непригодной для употребления, происходит изменение вкуса, запаха, цвета, поверхностного натяжения и вязкости воды, снижается количество кислорода, образуются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и начинает представлять угрозу для животного мира и человека (СанПин ) [5]. Образование производственных сточных вод происходит в результате технологических процессов переработки сырья и выпуска определенной продукции, а также при эксплуатации различного оборудования, механизмов, агрегатов, транспортных средств. Кроме того, на многих промышленных предприятиях выделяют сточные воды, находящиеся в обороте и локальные стоки, то есть сточные воды от отдельных установок или технологических процессов. В соответствии с видами сточных вод промышленных предприятий системы водоотведения могут быть общесплавными, когда все стоки транспортируются по единой сети, и раздельными, когда для каждого вида устраивается отдельная сеть.

6 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 6 Особое место в системах водоотведения промышленных предприятий занимают схемы с повторным (многократным) использованием оборотных сточных вод. Схемы водоотведения можно разделить на четыре принципиально отличных вида, расположенных в порядке возрастания их сложности [8]: 1. очистка (охлаждение) и повторное использование воды (водооборотное водоснабжение); 2. очистка и повторное (многократное) использование воды и содержащихся в ней продуктов; 4. регенерация и использование содержащихся в сточных водах ценных веществ; 5. очистка воды с регенерацией ценных веществ и повторным использованием как воды, так и извлеченных продуктов. Учитывая потенциальную промышленную и экологическую опасность различных технологических процессов на нефтеперерабатывающем заводе, существует определенная вероятность возникновения нештатных аварийных ситуаций, прямо или косвенно влияющих на окружающую среду [9]. Практика показывает, что крупные аварии, как правило, происходят в результате комбинации случайных событий, инициированных, а также возникающих на разных стадиях аварии (отказы оборудования, ошибки человека, выброс, воспламенение и т. д.) [2]. Авария разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и (или) выброс опасных веществ [9]. Одной из важных составляющих нефтеперерабатывающего завода являются канализационные системы по отводу сточных вод с предприятия. Бесперебойность и слаженность работы всех оборудований и отдельных узлов нефтеперерабатывающего завода обеспечивают хорошую работу канализационных систем, что является залогом экологической безопасности[6].

7 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 7 Для выявления причинно-следственных связей между комбинациями случайных событий используют логико-графический метод анализа дерева отказов. Дерево отказов графическое представление логических связей между событиями-авариями и инициирующими их событиями. Построение дерево отказов представляет собой многоуровневый процесс прослеживания и осмысления опасных ситуаций в обратном порядке (сверху вниз). Для того чтобы во-первых, отыскать все возможные причины возникновения (нижестоящие, инициирующие события) и, во-вторых, определить частоту возникновения верхней, головной аварийной ситуации. Для построения дерева отказов необходимо детальное знание анализируемой системы. Построение начинают с определения аварийного (головного) события, которое четко формулируют и дают признаки его точного распознавания. Далее определяют возможные первичные и вторичные отказы, которые могут привести к реализации головного события, рассматривают их комбинации (рис.1). Затем исследуются причины возникновения этих событий и т. д., до тех пор, пока не будут выявлены все первичные события. Таким образом, структура дерева отказов включает одно головное событие (авария), которое соединяется с набором нижестоящих событий (ошибок, отказов и т.д.), образующих причинные цепи [2]. Методология дерева отказов дает возможность: — описать сценарий аварий с различными последствиями от различных исходных событий; — определить связь отказов систем с последствиями аварии; — сократить первоначальный набор потенциальных аварий; — идентифицировать верхние события для анализа дерева отказов [3].

8 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 8 Уровень 1 Отказ системы 2 Отказ составных 3 Отказ элементов 4 События, порождающие отказ Рисунок 1 Структура дерева отказов Различные события дерева соединены логическими знаками «И» и «ИЛИ», причинные связи, которых являются детерминированными, так как появление выходного события полностью определяются входными событиями. Логический знак может иметь один или несколько входов, но только один выход. События, входные по отношению к операции «ИЛИ». Должны формулироваться так, чтобы они вместе исчерпывали все возможные пути появления выходного события, т. е. составляли полную группу событий [2]. Проанализировав все возможные причины разлива нефтезагрязненных сточных вод на нефтеперерабатывающем заводе, было составлено дерево отказов, для данной аварии (рис.2). Таким образом, возможные причины такой аварийной ситуации, как «разлив нефтезагрязненных сточных вод», можно выявить следующую логическую последовательность. Наступление головного события возможно при одном из следующих событий (оператор «ИЛИ»): ЧС техногенного характера, ЧС природного характера или в результате теракта. В свою очередь событие «ЧС техногенного характера» зависит от двух событий (оператор «И»): от неисправности очистных систем и о несвоевременном техническом обслуживании оборудования и труб. Неисправность очистных систем могут быть двух типов (оператор «ИЛИ»): неисправность очистных установок или нарушение

9 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 9 целостности соединительных труб. В свою очередь неисправность очистных установок может привести к четырем событиям (оператор «ИЛИ»): перелив сточных вод, нарушение целостности стенок установок, разгерметизация запорной арматуры или истекший срок службы. Событие «перелив сточных вод» имеют следующие две причины (оператор «И»): превышение давления в установках и неисправность датчика уровня. В свою очередь событие «Повышения давления в установках» зависит от (оператор «И») неисправности средств контроля давление (манометр) и неисправности автоматики. Событие «нарушение целостности стенок установок» может возникнуть вследствие двух причин (оператор «ИЛИ»): коррозийного износа или внешних механических повреждений. Нарушение целостности соединительных труб может произойти (оператор «ИЛИ»): в следствии подземной коррозии, некачественной сварки, некачественного производства труб или внешнего механического повреждения. Такое событие как «ЧС природного характера» возникает благодаря четырем причинам (оператор «ИЛИ»): землетрясению, наводнению, оползню или пожару. Расчет надежности это процедура определения значений показателей надежности объекта с использованием методов, основанных на их вычислении по справочным данным о надежности элементов объекта, по данным о надежности объектов аналогов, данным свойствах материалов и другой информации, имеющейся к моменту расчета. В основе постановки и решения всех задач моделирования и расчета надежности систем с помощью общего логико-вероятностного метода (ОЛВМ) лежит так называемый событийно-логический подход. Этот подход предусматривает последовательное выполнение следующих четырех этапов ОЛВМ: — этап структурно-логической постановки задачи; — этап логического моделирования; — этап вероятностного моделирования; — этап выполнения расчетов показателей надежности.

10 Разлив нефтезагрязненных сточных Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 10 ЧС техногенного характера ЧС природного характера Неисправность очистных систем Неисправность очистных установок Нарушение целостности соединительных труб Перелив сточных вод Нарушение целостности стенок Превышения давления в установках Рисунок 2 Дерево отказов разлива нефтезагрязненных сточных вод Вероятность безотказной работы это вероятность того, что в пределах заданной наработки или заданном интервале времени отказ объекта не возникнет. В результате расчета определяются количественные значения показателей надежности [9]. В нашем случае рассматривается такая аварийная ситуация, как разлив нефтезагрязненных сточных вод на нефтеперерабатывающем заводе, то есть будет определяться показатель как вероятность наступления неблагоприятного события. В таблице 1 приведена расшифровка исходных причин аварии. Т а б л и ц а 1 Исходные причины дерева отказа Исходная причина аварии 1 Неисправность средств контроля давления (манометра) 2 Неисправность средств автоматики 3 Неисправность датчика уровня 4 Коррозийный износ 5 Внешнее механическое повреждение аппаратов 6 Разгерметизация запорной арматуры 7 Истекший срок службы

11 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 11 Окончание таблицы 1 8 Подземная коррозия 9 Некачественная сварка 10 Некачественное производство труб 11 Внешнее механическое повреждение труб 12 Несвоевременное техническое обслуживание оборудования и труб 13 Землетрясение 14 Наводнение 15 Оползень 16 Пожар 17 Теракт Для каждого аварийного события введем следующие обозначения: — вероятность события «повышение давления в установках»; — вероятность события «перелив сточных вод»; вероятность события «нарушение целостности стенок»; — вероятность события «неисправность очистных установок»; — вероятность события «нарушение целостности соединительных труб»; — вероятность события «неисправность очистных систем»; — вероятность события «ЧС техногенного характера»; — вероятность события «ЧС природного характера»; — вероятность наступления головного события. Для расчета вероятности безаварийной работы используются следующие формулы в зависимости от используемого оператора «И», «ИЛИ»: для оператора «И»: для оператора «ИЛИ»: (2) (3) Зная значения вероятности исходных событий и учитывая формулы 2 и 3, можем рассчитать вероятность головного события:

12 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 12 Для того чтобы определить вероятность головного события, были определены вероятности исходных событий, значения которых представлены в таблице 2. Т а б л и ц а 2 Вероятности наступления исходных событий исходного события р i 1 0, , , , , , , , , , , , , , , , ,0008 В свою очередь вероятность события «ЧС техногенного характера» можно посчитать следующим образом: р 12 несвоевременное техническое обслуживание оборудования и труб, а вероятность такого события, как «ЧС природного характера» рассчитывается по формуле 3: р 13 землетрясение; р 14 наводнение; р 15 оползень; р 16 пожар. Вероятность наступления события «неисправность очистных систем» можно определить следующим образом: где вероятность события «неисправность очистных установок» определяется как:

13 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 13 р 6 разгерметизация запорной арматуры у очистных установок; р 7 истекший срок службы очистных установок. Вероятность события «нарушение целостности соединительных труб» можно посчитать таким образом: Вероятность наступления такого события как «перелив сточных вод» рассчитывается таким образом: р 3 неисправность датчика уровня, а вероятность наступления события «повышение давления в установках» рассчитывается следующим образом: р 1 неисправность средств контроля давления (манометра); р 2 неисправность средств автоматики. Вероятность наступления такого события как «нарушение целостности стенок» у очистных установок можно определить следующим образом: р 4 коррозийный износ очистного оборудования; р 5 внешнее механическое повреждение аппаратов. Произведем расчет вероятности наступления головного события разлива сточных вод на нефтеперерабатывающем заводе по приведенным выше формулам.

14 Научные труды КубГТУ, 12, 2016 год 14 То есть вероятность наступления головного события составляет 0,0024. Известно, что допустимый риск соответствует вероятности равной Из этого следует, что вероятность данной аварии высока и соответствует недопустимому риску. Для того, чтобы снизить вероятность аварии, нужно снизить вероятности наступления исходных событий. В этом случае, чтобы снизить вероятность наступления аварийной ситуации, необходимо повлиять на те исходные события, которые имеют наибольшее значение, то есть это события под 3, 2, 1, 12 и 9. ЛИТЕРАТУРА 1. Риски — понятие и виды. Классификация рисков [Электронный ресурс] Режим доступа: 2. Чура Н. Н. Техногенный риск: учебное пособие. М.: КНОРУС, с. 3. Алымов В. Т., Тарасов Н. П. Техногенный риск. Анализ и оценка: учебно пособие для вузов. М.: ИКЦ «Академкнига», с. 4. Шитскова А.П., Новиков Ю.В., Гурвич Л.С., Климкина Н.В. Охрана окружающей среды в нефтеперерабатывающей промышленности Москва: Химия, с. 5. Кузубова Л. И., Морозова С. В. Очистка нефтесодержащих сточных вод.: Аналит. обзор СО РАН, ГПНТБ, НИОХ. Новосибирск, с. 6. Буренин В. В. Новые гидравлические фильтры и устройства для очистки и обезвреживания производственных сточных вод. Экология и промышленность России С

источник