Сточные воды нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств: химический состав и способы очистки

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. В.И. УЛЬЯНОВА-ЛЕНИНА»

 

Факультет географии и экологии

 

Кафедра прикладной экологии

Специальность: 020801 - экология

Специализация: экологический мониторинг

 

 

 

 

 

Тимуршина Розалия Халимовна

 

 

Сточные воды нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств:

химический состав и способы очистки

 

Курсовая работа

студентки 262 группы, 3 курс

 

 

 

 

Научный руководитель:

член-корреспондент АН РТ,

профессор  В.З. Латыпова

 

 

 

 

 

Казань 2009

 

Содержание

Введение…………………………………………………………...	3
Глава 1. Компонентный состав сточных вод различных производств …………………………….............................	4
1.1. Характеристика производственных  сточных вод нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.…………………………………….	4
1.2. Характеристика производственных  сточных вод           нефтехимической и резинотехнической  промышленности………………………………….…..	10
1.3. Характеристика производственных сточных вод           химической промышленности………………………..	14
Глава 2. Характеристика сточных вод проектируемого комплекса нефтеперерабатывающих заводов…………	18
2.1.    Состав сточных вод…………………….…………..	18
2.2.    Основные принципы  очистки сточных вод……….	22
Глава 3. Методы анализа загрязняющих веществ в сточных водах нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий……………………………………………..	30
Заключение……………………………………………………..	32
Литература……………………………………………………….	33

 

 

 

 

 

  Введение

Рациональное использование и очистка водных ресурсов – один из важнейших компонентов биосферы. Огромные масштабы коммунального, сельскохозяйственного и промышленного использования вод в настоящее время, сопоставимые с природными ресурсами, требуют жесткого регулирования сброса сточных вод в водоемы, что отражено в соответствующих законодательных актах. Несомненно, что решению вопроса о выборе способа очистки и возможности сброса сточных вод в водоемы должно заранее предвидеть: возможны химические реакции между компонентами сточных вод, приводящие к образованию новых веществ [1].

Республика Татарстан является территорией добычи, переработки и транспортировки нефти, поэтому изучение состава сточных вод нефтяной промышленности, способов их очистки является актуальным.

Целью моей курсовой работы является изучение компонентного состава и характеристика сточных вод предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей,  нефтехимической, резинотехнической и химической промышленности, изучение методов их очистки, а также освоение методов анализа загрязняющих веществ.

Основные задачи:

- дать общую характеристику состава и токсичности производственных сточных вод предприятий;

- изучить фондовые материалы по химическому составу и основным принципам очистки сточных вод проектируемого комплекса нефтеперерабатывающих заводов;

- изучить основы методов анализа загрязняющих веществ в сточных водах нефтеперерабатывающих предприятий, освоить методику анализа нефтепродуктов в сточных водах.

 

 

 

Глава 1. Компонентный состав сточных вод различных производств

 

1. Характеристика производственных сточных вод нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности

 

В процессе добычи нефти одним из источников загрязнения водной среды являются буровые сточные воды, образующиеся на сито-конвейерах при промывке водой породы, при охлаждении штоков буровых насосов, а также при смывке глинистого раствора, разлитого во время спуско-подъемных операций [2]. На цикл бурения объем буровых вод составляет 5000-8000 м³. Химический состав этих вод очень разнообразен и зависит от многих причин. В состав загрязнений могут входить частицы глины и измельченной породы, отработанные масла и различные химические вещества, используемые в виде добавок для улучшения процесса бурения, такие как: углещелочной реагент, конденсированная сульфит-спиртовая барда, карбоксиметилцеллюлоза, гипан, окзил, нитролигнин, СПАВ и т. д. Буровые воды могут содержать до 9500 мг/дм³ органических веществ, в том числе нефтепродуктов до 5000-8000 мг/дм³. Воды щелочные, перманганатная окисляемость их достигает 7000 мг О/дм³, а БПК равно 400 мг О2/дм³.

Содержание механических примесей может достигать 100 мг/дм³. Сточные воды нефтепромыслов [3] имеют сложный химический состав. Они содержат значительное количество взвешенных веществ, нефтепродуктов, нафтеновых кислот, ПАВ. Отличительной особенностью их является высокая минерализация, обусловленная наличием ионов натрия, калия, магния, кальция, хлора. Нафтеновые кислоты находятся в сточной воде в виде растворимых солей – нафтенатов натрия.

Сточные воды нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностей относятся к числу наиболее токсичных источников антропогенного загрязнения. Влияние очищенных сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей промышленности на водные организмы и теплокровных животных показано в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Токсичность очищенных сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей промышленности

Коэффициент разбавления (Кр) очищенных сточных вод	Тест-объект	Оказываемое воздействие
Кр = 0	Молодь, икра рыб	Токсическое [4]
	Взрослые рыбы	Токсикоз [4]
	Белые мыши, крысы	Токсическое [5-7]
Кр = 10-1000	Белые мыши, крысы	Нарушение функционального состояния внутренних органов [5-7]

 

Основными токсичными компонентами сточных вод предприятий нефтедобывающей промышленности и других производств (нефтехимических, нефтеперерабатывающих, сталелитейных; производств стеклянного волокна, волокна орлон, пестицидов; коксохимических заводов) являются нефть и нефтепродукты. Их суммарное поступление в водоемы из антропогенных источников (3280-2500 тыс. т за год) заметно превышает поступление из естественных источников (600 тыс. т в год).

Согласно определению, принятому Комиссией по унификации методов анализа природных и сточных вод стран – членов СЭВ (1968г.), под «нефтепродуктами» при анализе вод следует принимать сумму неполярных и малополярных соединений, растворимых в гексане, то есть сумму углеводородов (алифатических, алициклических, ароматических). Существующие нормы предельно допустимой концентрации (ПДК) нефтепродуктов в воде водоемов – 0,3-0,05 мг/дм³ [1].

Основная часть нефтепродуктов находится в сточных водах нефтедобывающих производств в эмульгированном состоянии, частично в виде плавающей пленки.

Их токсичное влияние на водные организмы может быть охарактеризовано данными [9], приведенными в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Токсичность нефти и нефтепродуктов

 

Ингредиент	Концентрация, мг/дм³	Гидробионт	Действие
Нефть сернистая	0,1	Зоопланктон	Токсичное
Нефтепродукты	1,2	Эмбрионы рыб	Токсичное
	1,4	Бентос кормовой
	16,1	Взрослые рыбы, молодь
Нефть	1,0	Планктон	Летальное, через 1 сут.
Нефть сырая	0,3	Пресноводные рыбы	Сильное токсическое

 

Методом ИК-спектроскопии изучен характер функциональных групп нефтепродуктов, выделенных при отстое сточных вод в прудах-отстойниках. Установлено, что при отстое изучаемых вод удаляются преимущественно насыщенные углеводороды. Однако, даже длительный отстой в течение суток не эффективен при очистке сточных вод от тонкодисперсных частиц, нафтеновых кислот, ПАВ и других веществ. Низкая эффективность  механической очистки, а также громоздкость сооружений требует использования более эффективных способов очистки с применением флокулянтов.

Нефтеперерабатывающие заводы относятся к промышленным предприятиям с высоким уровнем потребления воды, как свежей, так и оборотной. Особенность этих производств состоит в том, что сточные воды образуются не от отдельных, изолированных производственных процессов, а из совокупности всех технологических вод  предприятия. Количественно используемой воды и образовавшихся сточных вод зависит от исходных качеств перерабатываемой нефти (содержание серы), технологии и степени подготовки воды для технологических процессов. Переработка нефти на НПЗ осуществляется с помощью следующих основных технологических процессов:

1. Физические процессы:

• первичная переработка (обессоливание и обеззараживание, атмосферная и атмосферно-вакуумная перегонка нефти на установках АВТ, сольвентная деасфальтизация, вторичная перегонка бензинов, дизельных и масляных фракций);

• депарафинизация кристаллизацией (адсорбционная и карбамидная);
• производство  парафинов и масел (деасфальтизация, депарафинизация, селективная очистка, адсорбционная и гидрогенизационная очистка);

2. Химические процессы:

• термические (пиролиз, термический крекинг, висбкрекинг, замедленное коксование, получение пеков);
• гидрогенизационные термические с применением водорода (гидропиролиз, гидрокрекинг, гидровисбкрекинг, гидросольвентный крекинг);
• гидрогенизационные каталитические (гидрокрекинг, гидрокаталитический риформинг, гидроизомеризация, гидропарафинизация, гидродеароматизация);
• каталитические по переработке углеводородных фракций (каталитический крекинг, алкилирование, полимеризация, изомеризация и др.) [10].

Загрязнения высокоминерализованных вод представлены конкрециями, состоящими из нефти и механических примесей. Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов характеризуются наличием большого количества органических веществ (продукты перегонки нефти, нафтеновые кислоты и их соли, смолы, углеводороды всех классов, фенолы и их производные, деэмульгаторы, сернистые соединения – меркаптаны), а также неорганических (кислоты и их соли, металлы, щелочи, сульфиды.

Отмечается, что в водах нефтеловушек, образовавшихся при отделении нефти от буровых вод, а также при гидрокрекинге возможно образование прочных комплексных соединений. Комплексы присутствующих в нефти тяжелых металлов с алкилпиридинами и изохинолинами при попадании в природные воды могут обусловливать токсичный и мутагенный эффект по отношению к гидробионтам.

Наряду со сточными водами основных технологических процессов по переработке нефти, изучен состав производства катализаторов крекинга нефти, отличительной чертой которого является использование в целях активации катализатора значительного количества минеральных солей, которые в результате промывки катализаторов практически полностью переходят в сточные воды.

Методами ИК-спектроскопии, ГЖХ и хромато-масс-спектроскопии при исследовании состава сточных вод, образующих в процессе каталитического крекинга (ФРГ), установлено, что в водах присутствуют углеводороды от С8Н8  до С20Н62 , причем отмечается относительно высокое содержание н-С9Н20 и С19Н40. Концентрция н-С9Н20  варьировала в пределах 0,2-0,4 мг/дм³. В связи с более высокой растворимостью ароматических углеводородов их содержание значительно выше, нежели алифатических. Содержание бензола – 2,0-4,0 мг/дм³, а 1, 2, 5-триметилбензола обнаружено лишь 0,2-0,6 мг/дм³. Из представителей ПАУ обнаружены в незначительных количествах пирен, метил- и этилпирены, флуоантен.