В процессе удаления нефти и жиров возникает ряд проблем, и в частности необходимость удаления:
— нефти из поверхностных вод перед их основной обработкой и жиров из городских стоков перед их сбросом в систему канализации;
— жиров в городских канализационных очистных сооружениях (в качестве предварительной обработки);
— нефтесодержащих веществ из сточных вод переработки нефти и нефтехимических заводов;
— нефти из пароконденсата перед повторным его использованием.
Процесс удаления нефти предусматривает разделение фаз жидкость — жидкость, а удаление жиров — разделение фаз твердое — жидкость (при условии, что температура воды достаточно низкая, чтобы обеспечить пребывание жира в твердом состоянии).
Нефть и жиры обычно легче воды и имеют тенденцию всплывать на поверхность. Нефтежиросепаратор представляет собой накопительный резервуар, в котором при снижении скорости движения потока обеспечивается соответствующий поверхностный эффект. Поверхность очищается, если это возможно, выносом верхнего слоя жидкости в случае удаления нефти (или передвижением этого слоя с помощью скребковою механизма) или же сгребанием жира.
Удаление нефти из поверхностных вод
Цель заключается в удалении некоторых свободных нефтепродуктов, которые могут попасть с водой на последующие ступени обработки.
Рекомендуется использовать обычную флотацию в начале очистных сооружений (на входе воды или вдоль входного канала). Нефтепродукты задерживаются обратным водосливом, в то время как вода протекает под ним. Собранные на поверхности всплывшие примеси удаляются с помощью расположенного вверху специального неподвижного или подвижного водослива (вращающейся трубы).
Удаление жиров из сточных вод перед сбросом их в канализационную сеть
Такая «at = source» (у места образования) предварительная обработка рекомендуется для малых промышленных предприятий, ресторанов, небольших общественных предприятий и т. п., что часто требуется соответствующим законодательством. С этой целью применяют стандартные жиросепараторы (или жиробоксы) промышленного изготовления производительностью 20—30 л/с. Длительность обработки 3—5 мин с преобладающей скоростью оседания около 15 м/ч. Данный метод был применен компанией Северные строительные технологии, занимающейся строительством, в том числе недвижимости, в северных регионах России.
При правильной эксплуатации эти конструкции обеспечивают удаление твердых жировых веществ до 80% и накапливают до 40 л легких веществ на каждый 1 л/с расхода. Необходимо регулярно очищать сепаратор. Температура воды на выходе из сепаратора должна быть меньше 30 °С. Проектирование сепаратора должно по возможности предусматривать предотвращение выделения на дно тяжелых примесей, но можно доказать полезность устройства жиробокса тина отстойника с временем пребывания воды в нем от 1 до 3 минут.
Удаление жиров как предварительная обработка на станциях очистки бытовых стоков
Первичный отстойник хорошо приспособлен к выделению жиров, которые поднимаются на поверхность, но он обычно мало пригоден для сбора больших количеств жира, что вызывает затруднения в эксплуатации.
Удаление жиров из бытовых стоков желательно (в особенности, если нет первичного отставания), и оно чаще всего комбинируется с удалением песка (путем устройства спокойной зоны в одной части аэрируемой песколовки; жиры и пена удаляются либо с верхним слоем воды либо путем сгребания их с поверхности). Размеры песколовки должны быть увеличены, чтобы обеспечить эту дополнительную обработку.
Конструкция включает аэрируемую зону, в которую у днища вводится воздух, и неаэрируемую зону, где жиры поднимаются на поверхность. Задерживаемый осадок по наклонным стенкам сползает вниз и остается в аэрируемой зоне. Средняя длительность пребывания стоков в сооружении от 10 до 15 мин при среднем расходе с минимальным значением 5 мин. Жиры удаляются либо током воды с поверхности, либо механическим скребком. Расход подаваемого воздуха около 0,5—2 м3/ч на 1 м3 объема сооружения. При соблюдении указанных выше условий можно задержать до 80% жиров.
Самостоятельное выделение жиров может быть рекомендовано в том случае, если сточные воды содержат большое количество жира. В этом случае проектируется успокоительная зона, где вертикальная скорость потока составляет 15—20 м/ч (максимальное — 25 м/ч).
Устройство специальных сооружений для удаления жиров иногда используют с целью частичной обработки некоторых производственных сточных вод, поступающих с боен скота и мясокомбинатов, перед выпуском этих вод в канализацию, что предохраняет городскую канализационную систему от накапливания в ней избыточного количества жиров.
Для очистки некоторых сточных вод (например, с сильно выраженным восстановительным характером или с высоким содержанием аммиака) желательно применять предварительную аэрацию. Ее проектируют на длительность обработки до 30 мин с соответствующей подачей воздуха. Жироловки не рассчитаны на задержание масел и углеводородов, поступление последних в систему канализации не разрешается.
Предварительное удаление нефти из сточных вод нефтеочистительных, нефтехимических и других промышленных предприятий
Эти стоки содержат различное количество углеводородов, которые находятся как в свободном, так и частично растворенном или эмульгированном состояниях в большей или меньшей
степени. Полное удаление нефти требует двухступенчатой обработки: предварительного удаления под действием сил тяжести, без добавления реагентов, что снижает содержание углеводородов до 15—100 мг/л, и окончательного удаления (напорной флотацией, фильтрованием, коалесценцией) с использованием реагентов (коагулирование солями металлов или катионными полиэлектролитами), обеспечивающего полную очистку.
Предварительное удаление нефти обусловливается обычной флотацией капель нефти. Она проводится в сооружениях различных типов.
Обычные нефтеловушки горизонтального типа — это прямоугольные в плане сооружения с продольным движением жидкости. Они оборудованы специальным распределительным устройством, механическими скребками (на поверхности и на дне) и имеют раздельные выпуски для обработанной воды, нефти с поверхности и выпавшего осадка.
Американский нефтяной институт составил подробную инструкцию (Стандарты API) для проектирования, расчетов и строительства сооружений этих типов на основании следующих условий:
- теоретический диаметр капель нефти предполагают равным d>0,015 см;
- площадь поверхности в плане вычисляют с учетом значений вертикальной скорости, принимаемой в пределах 0,9—3,6 м/ч;
- площадь поперечного сечения подсчитывают по горизонтальной скорости, принимаемой равной 18—55 м/ч, что в 15 раз больше вертикальной скорости;
- отношение рабочей глубины к ширине принимают равным от 0,3 до 0,5;
- ширина должна быть максимальная 6 м, минимальная 2 м, а рабочая глубина 2,5 м (максимальная) и 1 м (минимальная).
Такого типа нефтеловушки пригодны для высоких нагрузок (по нефти) и при значительных колебаниях концентрации. На практике их используют для уменьшения содержания углеводородов приблизительно до 15—100 мг/л в зависимости от начальной концентрации эмульгированных веществ.
Использование сооружений с двумя последовательными отделениями обеспечивает более высокую эффективность удаления нефти.
Нефтеловушки радиального типа со скребками, дешевые в строительстве, просты в эксплуатации и обеспечивают ту же эффективность. Они функционируют при вертикальной скорости 5—15 м/ч в зависимости от требуемой длительности пребывания.
Нефтеловушки полочные — это тонкослойные сепараторы, в которых капли нефти движутся кверху очень короткое расстояние, равное прозору между пластинами (20—100 мм). Их преимущество заключается в компактности и большей эффективности удаления относительно тонких фракций нефти.
В полочных нефтеловушках можно очищать стоки со средним количеством нефти и незначительным количеством осадков, парафина, асфальта, жиров во избежание заиливания сооружения. Чтобы избежать значительного снижения пропускной способности сооружения, необходимо добавлять уголь на стадии предварительной обработки.