Введение к работе
Актуальность темы исследования
Развитие нефтепроводного комплекса страны, использование большого количества различных установок и устройств, зависимость уровня охраны окружающей среды от их технико-технологического состояния привели к необходимости совершенствования систем очистки сточных вод на нефтеперекачивающих станциях
В Директиве 96/61/EC «О комплексном контроле и
предотвращении загрязнений (IPPC)», в перечень критичных видов
деятельности, включены системы водоотведения, очистное
оборудование, канализационные сети, отстойники и пр.
средозащитные установки, применяемые на НПС, в том числе
емкостные сооружения, для самопроизвольного гравитационного
отстаивания ППЛСВ. Лимитирующей стадией очистки ППЛСВ, как
по времени, так и по степени очистки является статическое
отстаивание в резервуарах, где происходит гравитационное отделение
основной части взвешенных веществ и нерастворимых
нефтепродуктов. Как показали исследования, проведенные на действующих объектах ПАО «Транснефть», в рамках данной работы, основная часть нефтепродуктов (от 77 до 99 %) и значительная часть взвешенных веществ (от 49 до 67 %) задерживается в РСО. Однако для достижения указанных и более высоких степеней очистки, время пребывания сточных вод в резервуарах варьируется от 24 часов до 14
дней. При этом процесс очистки стока, поступающего в РСО, ничем
не управляется, ибо происходит только под действием
гравитационных сил. По этой причине, при залповых сбросах сточных
вод в РСО, могут возникать ситуации со сбросом неочищенных стоков
окружающую среду. Отсюда следует, что существующая на НПС
неуправляемая технология гравитационного отстаивания не
соответствует требования Директивы Совета Европы 96/61/EC «О комплексном контроле и предотвращении загрязнений (IPPC)» и не может быть отнесена к НДТ. Этим обстоятельством и обусловлена, прежде всего, актуальность настоящего исследования.
Актуальность данного исследования обусловлена еще и значительным объемом сточных вод, поступающих в существующие РСО. Как показано автором, несмотря на существенное снижение объема сброса недостаточно очищенных стоков в окружающую среду, за последние годы их количество составляет несколько сотен тысяч кубометров в год, что негативно влияет на состояние окружающей среды в зоне расположения НПС.
Степень разработанности темы
В рамках диссертационного исследования был проведен
анализ существующей научно-технической и нормативной
литературы российских и зарубежных авторов. Были
проанализированы и обобщены результаты существующих
исследований в области проблем экологической безопасности в сфере
очистки сточных вод предприятий нефтяной промышленности.
Проведена оценка применимости существующих технологий и
оборудования для интенсификации сепарационных процессов в РСО
НПС. Однако для подтверждения возможности практического
улучшения экологической обстановки на НПС при использовании
предлагаемого метода, требуются дополнительные
экспериментальные исследования по применению УЗ и
виброакустического воздействия на сточные воды.
Цель работы
Повышение экологической безопасности и экономической эффективности НПС путём создания управляемых технологий и оборудования для интенсификации процессов сепарации стоков в РСО и повышения степени их очистки
Объект исследования - интенсификация процессов сепарации стоков на НПС для инженерной защиты территорий естественных и искусственных экосистем.
Предметом исследования являются экологические аспекты процессов УЗ и виброакустической очистки стоков РСО как метода обеспечения экологической безопасности НПС.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Исследовать технологию интенсификации сепарационных процессов стоков в РСО с использованием регулируемого комбинированного реагентно-ультразвукового метода.
-
Экспериментально исследовать режимные и технологические параметры вибрационной интенсификации процесса очистки ВКС в РСО на лабораторном стенде.
-
Разработать опытные образцы аппаратуры для флотации, седиментации и виброакустической очистки стоков в РСО НПС.
-
Разработать технологические схемы новых регулируемых технологий ускоренного разделения стоков в существующих РСО с целью предотвращения сброса неочищенного стока в окружающую среду.
-
Разработать рекомендации по созданию новых совместимых с существующими РСО технологий сепарации стоков.
Научная новизна:
Научная новизна работы заключается в определении диапазонов изучаемых видов воздействия для интенсификации очистки стоков, в теоретическом обосновании и экспериментальной апробации инженерной методики расчёта, проектирования и масштабирования процессов сепарации стоков в РСО; разработке и применении экспериментальных технологий исследуемых способов очистки стоков:
- определены амплитудно-частотные диапазоны УЗ и
вибрационного воздействия для интенсификации очистки стоков РСО
НПС;
- впервые применена и экспериментально апробирована
инженерная методика расчёта, проектирования и масштабирования
процессов сепарации трехкомпонентного стока в РСО;
разработана экспериментальная технология процесса реагентно-ультразвуковой сепарации трехкомпонентного стока РСО;
разработана экспериментальная технология вибрационной интенсификации процесса очистки ВКС стоков РСО;
экспериментально показано, что предварительная УЗ активация реагентов (флокулянтов, коагулянтов) повышает степень сепарации стоков и сокращает время протекания процесса по сравнению с непосредственной УЗО стока.
Практическая значимость:
разработаны рекомендации по применению комплексной технологии реагентно-ультразвуковой сепарации трехкомпонентного стока в РСО;
разработаны рекомендации по применению комплексной технологии реагентно-ультразвуковой сепарации трехкомпонентного стока в РСО;
разработано и рекомендовано для внедрения оборудование виброакустической сепарации стоков на разных этапах технологии очистки.
результаты диссертационного исследования комплексной технологии интенсификации сепарационных процессов в РСО НПС применены при разработке типовых норм проектирования очистных сооружений на объектах ПАО «Транснефть».
Методология и методы исследования
Методология диссертационного исследования включала в
себя: анализ существующих технологий очистки промышленно-
ливневых стоков от нефтепродуктов; разработку испытательных
стендов для исследования процессов УЗ флотации и седиментации
стока в РСО, процесса вибрационной очистки ВКС; проведение
экспериментов с использованием разработанных стендов; разработку
методики расчёта проектирования и масштабирования процессов
флотации и сепарации стока в РСО на основе критериальных
соотношений; разработку технических решений по
усовершенствованию существующих технологий очистки стоков.
При написании диссертации применены следующие методы исследований: анализ доступных источников информации (научные
статьи, монографии, диссертации, книги), посвященных теме
диссертации, с целью поиска управляемых экологически безопасных
технологических процессов; эксперименты по исследованию
процессов флотации, седиментации и вибрационной очистки стоков в
РСО на разработанных и сконструированных в рамках подготовки
диссертации стендах; анализ эмпирических результатов
экспериментов, формализация исследуемых процессов в рамках теории подобия в форме критериальных соотношений; сравнение эмпирических результатов экспериментов и расчётных величин, полученных из соотношений; предложение новых технических решений устройств очистки стоков на основе анализа, обобщения и синтеза результатов диссертационного исследования
Положения, выносимые на защиту
-
Комплексная технология интенсификации сепарационных процессов в РСО НПС, включающая в себя реагентную флотацию/седиментацию с использованием реагентов, предварительно активированных УЗ воздействием, обеспечивающая ускорение очистки стоков в 3-10 раз и предотвращающая сброс неочищенных стоков в окружающую среду.
-
Инженерная методика расчета новой, эффективной и экологически безопасной реагентно-ультразвуковой технологии интенсификации сепарационных процессов в РСО НПС, основанная на методах теории подобия и размерностей.
-
Технология виброакустической очистки ВКС НПС и методика ее расчета, основанная на методах теории подобия и размерностей.
-
Практические рекомендации по применению разработанных технологий и экспериментального оборудования на НПС.
Соответствие диссертации паспорту научной
специальности
Область исследования соответствует паспорту научной
специальности 03.02.08 Экология в легкой, текстильной
промышленности, химии и нефтехимии по пункту 5 «Научное обоснование принципов и разработка методов инженерной защиты территорий естественных и искусственных экосистем от воздействия
предприятий легкой, текстильной, химических и нефтехимических отраслей промышленности»
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность полученных результатов: научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях, с результатами других авторов; достаточным количеством наблюдений, современными методами исследования. Подготовка, статистический анализ и интерпретация полученных результатов проведены с использованием современных методов обработки информации и статистического анализа.
Все основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы и изложенные в тексте диссертации, опубликованы в открытой печати. По материалам опубликованы 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объём диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав,
заключения и приложений, изложена на 132 страницах
машинописного текста, содержит 49 рисунков и 13 таблиц. Список литературы включает 129 наименований.
Личный вклад автора
Личный вклад: состоит в проведении экспериментальных
исследований, обработке, интерпретации и обобщении полученных
результатов, конструировании и определении характеристик
разрабатываемых аппаратов, а также в формулировке выводов.