RESEARCHES ON BIOMEMBRANE PURIFICATIONAND DEMINERALIZATION OF WASTE WATERS AT SYZRAN OIL REFINERY

Full Text

Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов содержат трудноокисляемые в процессе биологической очистки вещества, что характеризуется низким соотношением БПК/ХПК. Выполнение жестких природоохранных норм представляет сложную проблему, которая может быть решена с помощью мембранных технологий. Ранее на Сызранском НПЗ был изучен процесс ультрафильтрации (УФ) с коагуляцией и без нее [1]. Исследования на СНПЗ были продолжены в 2010 г. на пилотной установке с применением технологии мембранного биореактора (МБР, рис. 1). Данная установка использовалась при испытаниях на Новокуйбышевском НПЗ [2]. Установка была предоставлена компанией General Electric – Water & Process Technologies. Она состояла из аноксидно-аэробного биореактора, мембранного бака, мембранного модуля, камеры дегазации, бака обратной промывки, воздуходувок и насосов. Общий объем иловой смеси составлял около 54-68 м3. Концентрация кислорода в аэробной зоне поддерживалась на уровне 2-4 мг/л, концентрация активного ила – в среднем 5,9 г/л. Рис. 1. Схема мембранного биореактора На первом этапе с 24 мая на установку подавалась смесь промышленного стока (80 %) и городского стока (20 %) с расходом 2,6-4,1 м3/ч. На втором этапе с 12 октября для достижения более глубокой денитрификации в биореактор дозировалось 20 мг/л этанола. На третьем этапе с 3 ноября установка работала без подачи городского стока также с дозированием этанола. Обобщённые результаты исследований представлены в табл. 1. Дозирование этанола позволило достигнуть глубокой денитрификации. Результаты третьего этапа показали, что очистные сооружения Сызранского НПЗ могут эффективно работать без добавления городского стока. Результаты исследований очистки сточных вод Сызранского НПЗ по технологии МБР (средние значения, мг/л) Таблица 1 Показатель I этап II этап III этап НДС СНПЗ Вход Выход Вход Выход Вход Выход ХПК 224 56 374 64 413 72 БПК5/ БПК20 40/6,9/-/3,0 Взвешенные вещества 30 1,71 49 1,50 39 \1,20 14,15 N-NH4 18 0,55 28 0,30 42 0,68 N-NO2 0,020 0,027 0,020 00,020 0,024 N-NO3 0,25 5,50 0,80 00,50 6,21 Нефтепродукты 17,20 0,24 22,40 0,46 21,60 00,19 0,05 Фенолы 2,4 0,013 9,1 0,021 3,0 00,014 0,001 Достижение требований НДС по некоторым показателям (фенолы, нефтепродукты) возможно доочисткой стока на сорбционных фильтрах. При этом большая часть стока (700 м3/ч, 70 %) может направляться для подпитки оборотных систем завода. В связи с тем, что солесодержание очищенных сточных вод выше минерализации речной подпиточной воды, общим для всех заводов фактором, сдерживающим увеличение возврата сточных вод в производство, является необходимость поддержания солевого баланса оборотных систем. Поэтому исследование процессов опреснения и обессоливания очищенных сточных вод НПЗ является чрезвычайно актуальной задачей, решение которой позволит снизить забор поверхностных вод и уменьшить отведение в окружающую среду очищенных сточных вод. Одной из эффективных технологий опреснения очищенных сточных вод является электродиализ. Однако этот процесс осложняется образованием минеральных осадков в рассольных камерах и на катоде, а также коллоидных пленок на анионитовых мембранах. Эти недостатки минимизированы в усовершенствованной технологии реверсивного электродиализа (ЭДР), которая предусматривает смену полярности электродов и потоков диализата и концентрата 2-4 раза в час. В результате меняется направление движения ионов и происходит очистка поверхности мембран и катодов от отложений. С целью исследования данного процесса на Сызранском НПЗ был проведен эксперимент по опреснению биологически очищенных сточных вод электродиализом. Сточные воды после биологической очистки на МБР с расходом около 3 м3/ч поступали в усреднитель пилотной установки ЭДР. Из усреднителя вода насосом через систему автоматических клапанов подавалась на два последовательных электродиализных стека в тракт диализата (опресненной воды) и в контур циркулирующего концентрата. Выход диализата составлял 75-80 % от расхода питающей воды. Большая часть концентрата возвращалась в линию перед стеками с помощью насоса циркуляции, меньшая часть – сбрасывалась в дренаж. Подкисление концентрата проводилось в период с 16 сентября до 10 октября до рН 2,7-4,0. Сервисная химическая очистка мембран в процессе эксперимента не потребовалась. Работа установки контролировалась на основании химических анализов, выполняемых в лаборатории СНПЗ по стандартным методикам (табл. 2). Анализ полученных результатов показал, что по показателям ионного состава воды эффективность опреснения составила 68 – 74 %, т.е. чуть менее 50 % от концентрации поступающих солей на каждом из двух стеков. Исключение составила щелочность, величина которой изменялась вдвое меньше. Концентрация фенола в процессе электродиализа уменьшалась незначительно. Рис. 2. Схема реверсивного электродиализа Результаты работы ЭДР Таблица 2 Показатель Пермеат МБР Диализат Концентрат Эффективность, % Коэффициент концентрирования Взвешенные в-ва, мг/л 0,98 0,63 4,04 35,0 4,14 ХПК, мг/л 48,67 34,58 99,31 28,9 2,04 Нефтепродукты, мг/л 0,16 0,04 0,27 74,7 1,68 Солесодержание, мг/л 430,1 152,13 1257,95 64,6 2,92 Фенол, мг/л 0,02 0,02 0,02 17,0 0,99 N-NH4, мг/л 12,24 2,55 12,10 79,1 0,99 N-NO2, мг/л 0,00 0,00 0,01 100,0 4,04 N-NO3, мг/л 4,09 0,67 5,16 83,6 1,26 Жесткость, Ж 4,56 1,20 17,43 73,6 3,82 Щелочность, мг/экв/л 0,97 0,73 1,59 24,5 1,64 Хлориды, мг/л 68,33 27,12 303,45 60,3 4,44 Сравнивая нормативные требования [3, 4] и данные табл. 2, можно сделать вывод о пригодности диализата для подпитки оборотных систем НПЗ. Химический состав концентрата свидетельствует о том, что его отведение в поверхностные водные объекты, даже после очистки по наилучшим доступным технологиям, вряд ли целесообразно. Представляются два пути решения данного вопроса: выпаривание с кристаллизацией солей и закачка в подземные горизонты на глубины 500-2000 м. Для снижения стоимости необходимо дальнейшее концентрирование рассола ЭДР, например, обратным осмосом. Неожиданным оказался перенос в процессе электродиализа нефтепродуктов, органических веществ, оцениваемых по ХПК, и взвешенных веществ из исходной воды в поток концентрата. Этот факт может потребовать промежуточной стадии очистки концентрата ЭДР перед дальнейшим концентрированием обратным осмосом. Эффективность обессоливания по основным показателям составила около 70 %, а коэффициент концентрирования солей в рассоле – около 3. Коэффициент концентрирования нефтепродуктов при большей эффективности их разделения был значительно меньше 1,46, что объясняется задержанием углеводородов на мембранах с последующим смывом в дренаж при смене полярности. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Степанов, С.В. Доочистка биологически очищенных сточных вод НПЗ [Текст] / С.В. Степанов, Ю.Е. Сташок // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 67-й Всероссийской научнотехнической конференции / СГАСУ. – Самара, 2010. Степанов, С.В. Биомембранная очистка сточных вод НПЗ [Текст] / С.В. Степанов, Ю.Е. Сташок, А. Патаки // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика. Часть II: материалы 66-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР за 2008 г. / СГАСУ. – Самара, 2009. ВУТП-97. Ведомственные указания по технологическому проектированию производственного водоснабжения, канализации и очистки сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей промышленности [Текст]. – М.: Министерство топлива и энергетики РФ, Ведомственные указания, 1997. 73 с. МУ 2.1.5.1183-03. Санитарно-эпидемиологический надзор за использованием воды в системах технического водоснабжения промышленных предприятий: методические указания [Текст]. – М., 2003. 8 с. © Степанов С.В., Сташок Ю.Е., Ноев Н.В., 2012

About the authors

S. V STEPANOV

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения

Yu. E STAShOK

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

инженер кафедры водоснабжения и водоотведения

N. V NOEV

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

инженер кафедры водоснабжения и водоотведения

References

Supplementary files