Технология очистки льяльных вод
Тема 4: Технологии обработки льяльных и сточных вод
Лекция 1. ОЧИСТКА ЛЬЯЛЬНЫХ ВОД
1.1 Показатели качества льяльных вод в соответствии с МАРПОЛ 73/78
1.2 Возможные состояния нефти в нефтесодержащих водах
1.3 Технология очистки льяльных вод
Показатели качества льяльных вод в соответствии с МАРПОЛ 73/78
В процессе эксплуатации судовых механизмов в льяльных колодцах машинно-котельных отделений (МКО) судов образуются трюмные нефтесодержащие воды (НВ). Это протечки воды из трубопроводов, теплообменных аппаратов, насосов, через дейдвудное устройство, обшивку корпуса и донную арматуру, протечки нефтепродуктов из трубопроводов и арматуры при ремонте механизмов, топливной и масляной систем, при промывке деталей машин, пропарке топливных и масляных цистерн, в результате аварийных протечек.
Количество нефтесодержащих вод в основном определяется водоизмещением и возрастом судна, мощностью главной энергетической установки, технического состояния и правильности эксплуатации оборудования.
В соответствии с требованиями Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов МАРПОЛ 73/78 возможны следующие варианты судового оборудования для утилизации НВ:
- сборные танки;
- фильтрующее оборудование с очистной способностью до уровня не более 15 млн-1;
- автоматическое устройства прекращения сброса за борт при превышении содержания нефти в воде более 15 млн-1.
|
|
Возможные состояния нефти в нефтесодержащих водах
В контакте с водой нефть и нефтепродукты, образуют различные состояния: свободная нефть, нестабилизированная эмульсия, стабилизированная эмульсия, растворенная нефть и нефть, покрывающая механические примеси.
Свободная нефть. Меньшая плотность нефти по сравнению с водой приводит к тому, что нефть постепенно всплывает и образует слой на поверхности воды. Всплывшая нефть, в основном, имеет свойства исходной нефти и представляет собой смесь топлива (60... 80%), масел свежих и отработанных (15...40%). Плотность нефтепродуктов колеблется от 830 до 990 кг/м3. Причем в последнее время наметилась тенденция увеличения плотности нефтепродуктов в нефтесодержащих водах в связи с переводом главных и даже вспомогательных двигателей на тяжелое топливо. Со временем свойства нефти и нефтепродуктов могут измениться из-за испарения летучих компонентов окисления, частичного растворения, химической реакции с веществами, находящимися в воде.
Нестабилизированная эмульсия. При качке судна, промывке деталей, пропаривании танков происходит интенсивное перемешивание нефтесодержащих вод, которое приводит к дроблению капелек нефти. В зависимости от степени дробления капелек нефти различают первичные и вторичные эмульсии.
|
|
Первичные эмульсии содержат капли нефти, диаметр которых более 10 мкм. Эти капли обычно термодинамически неустойчивы и после непродолжительного отстаивания сливаются в более крупные и всплывают на поверхность. Созданию первичной эмульсии в значительной степени способствует прохождение нефтесодержащих вод через насосы объемного типа. Чем выше частота вращения насоса и создаваемое им давление, тем больше эмульгирующая способность.
Вторичные эмульсии имеют диаметр капелек нефти менее 10 мкм. Такие эмульсин даже при длительном отстаивании практически не расслаиваются, Созданию вторичных эмульсий способствуют перекачивание нефтесодержащих вод высокооборотными насосами центробежного типа, повышенная турбулентность при качке судна в шторм. Стабилизации вторичных эмульсий способствует тот факт, что подъемная сила, действующая па каплю нефти, пропорциональная диаметру капли в кубе d3, а сила сопротивления движению капли пропорциональна диаметру капли d. При значительном уменьшении диаметра капли (менее 10 мкм) влияние диаметра на всплытие становится не существенным, так как подъемная сила практически сравнивается с силой сопротивления движению капли. Мелкодиспергированные капельки нефти при этом находятся во взвешенном состоянии и не отделяются в сепараторах отстойного типа. Удалить из воды мелкодиспергированные нефтепродукты гораздо сложнее, чем грубодисперсные. Поэтому следует исключать факторы, способствующие их образованию.
|
|
Стабилизированные эмульсии. Наличие в нефти и воде поверхностно-активных веществ (ПАВ) приводит к стабилизации эмульсии. ПАВ представляют собой молекулы, состоящие из олеофильных и гидрофильных концевых групп. Олеофильные концы молекул располагаются в нефти, а гидрофильные концы закрепляются в воде. Это создает вокруг каждой капли нефти защитную пленку, препятствующую слипанию капель нефти. Также наличие ПАВ в нефтесодержащих водах снижает поверхностное натяжение на границе раздела нефть-вода, что приводит к сильному дроблению капель нефти даже при незначительном механическом воздействии.
С целью предотвращения попадания ПАВ в нефтесодержащие воды МКО необходимо стоки из раковин умывальников выводить в отдельные сборные колодцы.
Растворенная нефть.Нефть и вода - несмешивающиеся жидкости. Однако, это не совсем так. Нефть частично растворяется в воде. Растворимость нефти в воде зависит, в основном, от вида нефтепродукта и его плотности. Чем меньше плотность нефтепродукта, тем он лучше растворяется в воде. Например, растворимость бензинов составляет около 20...25 мг/л, дизельного топлива - около 5 мг/л, мазут практически не растворяется в воде, однако вопросы растворимости нефтепродуктов в воде на сегодняшний день изучены недостаточно полно из-за отсутствия технологии измерения растворимой нефти в воде. Наличие в нефтесодержащих водах поверхностно-активных веществ увеличивает растворимость нефтепродуктов. Извлечение растворимых нефтепродуктов сложный и трудоемкий процесс, и это удастся осуществить только с помощью применения адсорбентов или озонирования, другими методами отделить растворенную нефть не представляется возможным.
|
|
Нефть, покрывающая механические примеси. Нефтесодержащие льяльные воды содержат большое количество механических примесей: пыль, песок, ржавчина, частицы краски и так далее. Эти частицы в нефтесодержащих водах покрываются пленкой нефти и могут отстаиваться или иметь нейтральную плавучесть. Качество очистки при этом снижается. Кроме того, механические примеси способны плотно перекрывать поры коалесцирующих и фильтрующих элементов сепараторов, что существенно снижает ресурс их работы.
Технология очистки льяльных вод
НВ из всех льяльных колодцев МКО перекачиваются и накапливаются в первом сборном танке в течение нескольких дней, при этом происходит отстаивание и расслоение нефтесодержащих вод. Отстоявшаяся вода в нижнем слое имеет концентрацию 100…200 млн-1 и при очистке ее в сепараторе меньше загрязняет фильтрующее-коалесцирующий элемент. На выходе из сепаратора в этом случае гарантировано имеем концентрацию нефтепродуктов менее 15 млн-1. Отстоявшийся слой нефтепродуктов перекачивается в другой сборный танк, минуя сепаратор, и может там накапливаться в течении нескольких месяцев или сжигаться в котельной установке. Такой способ обработки НВ вод позволяет повысить качество очистки, существенно увеличить ресурс работы фильтрующего оборудования и уменьшить эксплуатационные расходы.
Таблица 4.1. - Классификация способов очистки
Способ очистки | Допустимая начальная концентрация нефтепродуктов в НВ, млн-1 | Достигаемая степень очистки НВ, млн-1 |
Механический: - отстаивание; - центрифугирование. | более 1000 более 1000 | 40…100 10…15 |
Физико-химические: - флотация; - коалесценция; - адсорбция. | менее 1000 менее 1000 менее 100 | 20…60 10…15 1…3 |
Химический (озонирование) | 50 | 1…10 |
Биохимический (с помощью микроорганизмов) | 100 | 1…10 |
Способы очистки НВ могут быть классифицированы по различным признакам, однако наибольшее применение получила классификация по характеру используемых процессов. По этому признаку способы очистки можно разделить на механические, физико-химические, химические и биохимические (таблица 4.1).
Отстаивание. Наиболее простой и экономичный способ очистки воды от нефтепродуктов. Нефтепродукты, как более легкие в смеси нефть-вода, постепенно всплывают, что приводит к разделению компонентов. Гравитационное отстаивание позволяет извлекать из нефтесодержащих вод практически все грубодисперсные частицы нефтепродуктов и очищать НВ до концентрации 100 млн-1, что на сегодняшний день является недостаточным.
В настоящее время сепараторы, работающие по принципу гравитационного разделения, используются в большинстве установок для очистки нефтесодержащих вод в качестве первой ступени. При расчете отстойных сепараторов первостепенной задачей является определение оптимальных размеров отстойника, чтобы время нахождения в нем НВ было достаточным для отделения частиц нефти. Для этого необходимо рассчитать средний диаметр частиц нефти, которые необходимо отделить, а также скорость их всплытия
Коалесценция.. Процесс укрупнения, слиянии капелек нефти называется коалесценцией. Коалесцирующие элементы применяются, как правило, в качестве второй ступени установок для очистки нефтесодержащих вод и нашли широкое применение на судах. Методом коалесценции можно очистить нефтесодержащие воды до концентрации менее 15 млн-1.. 'Это достигается путем укрупнения капель нефти при прохождении через поры коалес цирующею элемента и слияния их с другими каплями. Затем укрупненные капли проходят через слой коалесцирующего элемента и отделяются в нефтесборнике.
Различают три типа процесса коалссненции:
- глубинный, когда укрупнение частиц нефти происходит в пористом материале;
- поверхностный - коалесценция имеет место па поверхности коалесцирующего материала;
- коалесценция в объеме дисперсной среды, когда происходит слияние капель при столкновении их друг с другом.
В качестве коалесцирующих магериалов могут быть испольюваны: синтетические - стекловолокно, полипропилен, полиуретан; зернистые - песок, гравий; натуральные - хлопок, шерсть.
Флотация. Ускоренное всплытие капельки нефти слипшейся с пузырьком воздуха называется флотацией. В зависимости от способа введения пузырьков воздуха в воду различают механическую, пневматическую, напорную и электрохимическую флотацию.
При механической флотации введение пузырьков воздуха осуществляется при помощи импеллера. При пневматической пузырьки воздуха образуются за счет подачи сжатого воздуха в перфорированные трубы, уложенные на дне сепарационной установки. Эффективность очистки не превышает 60…70%.
Напорная флотация. Способ заключается в том, что в напорной емкости при повышенном давлении создается перенасыщенный воздухом раствор нефтесодержащей воды. Затем вода поступает во флотатор, в котором давление практически равно атмосферному. При сбросе давления из воды выделяются пузырьки растворенного в ней воздуха, которые флотируют частицы нефтепродуктов на поверхность.
Электрохимическая очистка. Основными способами являются электрохимическая коагуляция и электрохимическая флотация. При пропускании через очищаемую воду постоянного тока происходит растворение анода. Образовавшиеся частицы гидроокиси металла обладают высокой активностью и сорбционной способностью, обеспечивая укрупнение частиц нефтепродуктов. Затем за счет пузырьков газа, образующихся на поверхности нерастворимых катодов (обычно графитовых), укрупненные частицы нефтепродуктов флотируются на поверхность. Эффективность очистки воды от нефтепродуктов достигает 90%.
Имеется ряд существенных недостатков (большой расход электроэнергии, засорение пространства между электродами, выделение на катоде водорода, что требует вытяжных вентиляторов), вследствие чего этот метод не нашел широкого применения на судах.
Адсорбция.Основан на поглощении дисперсных частиц поверхностью адсорбционного материала. Материал сорбентов: зола, кокс, активированный уголь, синтетические материалы на основе формальдегидных смол. Поры сорбентов по размеру делятся на три вида: макропоры (0,1…2 мкм), переходные поры (0,004…0,2 мкм), и микропоры (менее 0,0004 мкм). Перед подачей на фильтры необходима предварительная очистка НВ от основной части нефтепродуктов, иначе адсорбент быстро теряет поглощающую способность и заменяется. Степень очистки до концентрации 10 млн-1 и менее.
Озонирование.Заключается в обработке НВ озоном, который генерируется с помощью электрического разряда при напряжении 5000 В в воздухе или кислороде. Метод удаляет из воды эмульгированные и растворенные нефтепродукты, и обладает высокой степенью очистки, но не нашел широкого применения на судах вследствие большого расхода электроэнергии, токсичности и коррозионной агрессивности азона.
Биохимическая очистка. Основана на способности микроорганизмов в процессе своей жизнедеятельности использовать нефтепродукты для своего питания. Но концентрация нефтепродуктов в НВ не должна превышать 100 млн-1.
Необходимо строго поддерживать условия жизнедеятельности микроорганизмов: водородный показатель воды pH 6,5…8,5, температуру 20…25 °С, содержание кислорода в воде не ниже 2 мг/л, обеспечивать дополнительными соединениями воду. Этот метод более широко применяется для очистки судовых сточных вод.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 512; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!