Курсовая работа (т): Розробка проекту очищення стічних вод від нафтопродуктів з використанням електрохімічних методів очищення

Розробка проекту очищення стічних вод від нафтопродуктів з використанням електрохімічних методів очищення

Зміст

Вступ

1.       Загальна частина

.1 Загальна характеристика нафтопродуктів

1.2 Методи потрапляння нафтопродуктів у стічні води

.3 Способи очищення стічних вод від нафтопродуктів

.4 Екологічна небезпека пов’язана з нафтою та нафтопродуктами та еколого-економічна оцінка цих забруднень

.5 Електрохімічна очистка стічних вод

.5.1 Основи електрохімічного очищення води

.5.2 Апаратурне оформлення процесів

. Спеціальна частина

.1 Загальна характеристика тонкошарового відстійника

2.2 Методика розрахунку тонкошарового о відстійника за протитечійною схемою

.3 Розрахунок тонкошарового відстійника за протитечійною схемою

Висновки

Перелік посилань

Вступ

Забруднення навколишнього середовища нафтою й нафтопродуктами є одним з найбільш масштабних і небезпечних видів впливу людини на навколишнє середовище. Промисловість, транспорт, оборонний комплекс - практично всі ланки економічної інфраструктури зіштовхуються із проблемою забруднення навколишнього середовища нафтопродуктами в процесі виробництва і в аварійних ситуаціях.

Прийнятий повсюдно підхід до ліквідації забруднень нафтопродуктами, по суті, є лише передислокацією проблем з одного місця на інше. Оскільки застосовувані сьогодні засоби хоч і дозволяють ліквідувати забруднення, але вимагають утилізації або поховання відходів, забруднених нафтопродуктами, створюючи в такий спосіб екологічні проблеми на іншій території, не вирішуючи їх у корені.

Ефективне очищення стічних вод від нафтопродуктів відбувається завдяки електрохімічній очистці.

Метою роботи є дослідження принципів і методів захисту навколишнього природного середовища від забруднення нафтою і нафтопродуктами та розрахунок тонкошарового відстійника за противоточною схемою.

Об’єктом дослідження є властивості нафти, нафтопродуктів та їх похідних.

1. Загальна частина

1.1   Загальна характеристика нафтопродуктів

Нафта - це пальна масляниста рідина зі специфічним запахом, розповсюджена в осадовій оболонці Землі і яка є найважливішою корисною копалиною. [1]

Найголовнішою властивістю нафти, яка принесла їй світову славу виняткових енергоносіїв, є її здатність виділяти при згорянні значну кількість тепла. Нафта і її похідні володіють найвищою серед усіх видів палив теплотою згоряння. Теплота згоряння нафти - 41 МДж/кг, бензину - 42 МДж/кг.

Сира нафта звичайно не застосовується. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці.

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. Перегонку здійснюють на нафтопереробних заводах після відділення з нафти супутніх газів. У процесі перегонки нафти одержують світлі нафтопродукти: бензин, лігроїн, гас, газойль - солярове масло, а в залишку - в'язку чорну рідину - мазут.

Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під зменшеним тиском (щоб попередити розкладання) і виділяють мастила: веретенне, машинне, циліндрове та ін. З мазуту деяких сортів нафти виділяють вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгону називають нафтовим пеком або гудроном. [2]

Продукти перегонки нафти мають різне застосування.

Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне й автомобільне пальне.

Лігроїн служить пальним для дизельних двигунів, а також розчинником у лакофарбовій промисловості. Велику кількість його переробляють на бензин.

Газ застосовують як пальне для реактивних і тракторних двигунів, а також для побутових потреб.

Солярове масло використовують як моторне пальне, а мастила - для змащення механізмів.

Вазелін використовують у медицині.

Парафін застосовують для одержання вищих карбонових кислот, для просочення деревини у виробництві сірників і олівців, для виготовлення свічок, гуталіну і т. д.

Гудрон - нелетка темна маса, після часткового окислення його застосовують для одержання асфальту.

Мазут, крім переробки на мастила і бензин, використовують як котельне рідке пальне.

Мастила, які виділяються під час перегонки мазуту, називають мінеральними (нафтовими) маслами на відміну від синтетичних масел, які одержують штучно (хоча всі масла є сумішами органічних сполук).

Нафтопродукти люди застосовують у всіх сферах життя, тому важливість нафти у повсякденному житті людини важко переоцінити.

Нафта - рідка складна суміш вуглеводнів (в основному і органічних кисневих, азотистих і сірчистих з’єднань темно-коричневого кольору (рідше світлого), щільністю 0,73-1,04 г/см³.

Сорти нафти щільністю до 0,9 г/см³ називаються легкими, із більшою щільністю - важкими. Теплова продуктивність нафти 10000-11000 ккал/кг [2].

По вмісту основного вуглеводневого компонента нафти розділяються на три групи: метанові (парафінові), нафтенові й ароматичні [2]. Крім того, існують змішані (метано-нафтенові та ін.) нафти.

Належать до числа найбільш поширених та небезпечних речовин, що забруднюють природні води. Поняття «нафтопродукти» в гідрохімії умовно обмежуються тільки вуглеводневою фракцією (аліфатичні, ароматичні, аліциклічні вуглеводні), яка становить 70-90% суми усіх речовин, що входять до складу нафти та продуктів її переробки. Великі кількості нафтопродуктів надходять у природні води при перевезенні нафти водним шляхом, зі стічними водами будь-яких промислових підприємств, особливо підприємств нафтовидобувної та нафтопереробної промисловості, із господарсько-побутовими стічними водами. Деяка кількість вуглеводнів потрапляє у воду в результаті прижиттєвих та посмертних виділень рослинними та тваринними організмами. У результаті процесів випаровування, сорбції, біохімічного та хімічного окиснення концентрація нафтопродуктів у воді може істотно знижуватися; при цьому значним змінам може піддатися їх хімічний склад. Швидкість цих процесів залежить від складу нафтопродуктів, температурного режиму водного об'єкта, інтенсивності розвитку мікроорганізмів, що утилізують їх.

Нафтопродукти містяться в природних водах у різних міграційних формах: розчиненої, емульгованої, сорбованої на твердих частинках завислих речовин та донних відкладів, у вигляді плівки на поверхні води. Кількісне співвідношення цих форм визначається комплексом факторів, найважливішими з яких є умови надходження нафтопродуктів у водний об'єкт, відстань від місця скидання, швидкість течії і перемішування водних мас, характер та ступінь забрудненості природних вод, а також склад нафтопродуктів, їх в'язкість, розчинність, густина, температура кипіння компонентів. Три останні фактори є причиною того, що фракціонування нафтопродуктів. супроводжується помітною зміною їх хімічного складу в різних формах міграції. Звичайно в момент надходження основна маса нафтопродуктів. зосереджена в плівці. В міру віддалення від джерела забруднення відбувається перерозподіл між основними формами міграції, що направлений в бік підвищення частки розчинених, емульгованих, сорбованих нафтопродуктів, і відповідного зменшення їх вмісту в плівці.

Нафтопродукти несприятливо впливають на організм людини та тварин, водну рослинність, фізичний, хімічний та біологічний стан водного об'єкта. Низькомолекулярні аліфатичні, нафтенові та особливо ароматичні вуглеводні, що входять до складу Нафтопродуктів, виявляють токсичний та певною мірою наркотичний вплив на організм, вражаючи серцево-судинну та нервову систему. Найбільшу небезпеку створюють поліциклічні конденсовані вуглеводні типу 3,4 - бензпірену, що характеризуються канцерогенними властивостями. ГДК нафтопродуктів. у побутових і питних водах дорівнює 0,3 мг/дм³, ГДК нафтопродуктів. у водах для рибогосподарського використання 0,05 мг/дм³ [3]. Присутність канцерогенних вуглеводнів у воді недопустима.

Нафта і нафтопродукти відносять до окремої групи джерел забруднення водойм. Це зумовлено тим, що вони перебувають у воді у вигляді емульсій і тому надають особливого впливу на екологічний стан водойм та її мешканців. Забруднення водойм нафтою та нафтопродуктами являє подвійну небезпеку:

         Нафта і нафтопродукти є токсичними для ряду гідробіонтів; при концентрації їх у воді вище 0,05 мг/дм3 змінюються смакові якості риби, гине більша частина риби; при концентрації рівній 1,2 мг/дм3 гине планктон, бентос, водоплаваючі птахи;

         При потраплянні нафти у водойми, вона утворює молекулярну плівку, яка перешкоджає газо- та водообміну між атмосферою та водою, зменшує кількість розчиненого кисню у воді; при потраплянні у водойму 1 т нафти утворюється молекулярна плівка площею 12 км2.

Джерелами забруднення природних вод нафтопродуктами є нафтодобувні та нафтопереробні підприємства, воєнні бази та флот. Вирішення проблеми - удосконалення процесів добування та транспортування нафти і нафтопродуктів.

Вміст нафтопродуктів в річкових, озерних, морських, підземних водах та атмосферних осадах звичайно становить соті або десяті частки міліграма в 1 дм³. У незабруднених нафтопродуктами водних об'єктах концентрація природних вуглеводнів може коливатися: в морських водах - від 0,01 до 0,10 мг/дм³ і вище, в річкових та озерних водах - від 0,10 до 0,20 мг/дм³, іноді сягаючи 1,0 - 1.5 мг/дм³.

Вміст природних вуглеводнів визначається трофністю водного об'єкта і в значній мірі залежить від біологічної ситуації в ньому (розвиток та розпад фітопланктону, інтенсивність діяльності бактерій тощо). Характер розподілу нафтопродуктів і природних вуглеводнів по вертикалі і акваторії водного об'єкта дуже складний і непостійний. Звичайно найбільш забруднені прибережні зони. Підвищені концентрації спостерігаються в поверхневому та придонному шарах, іноді на окремих ділянках всередині водної товщі.

.2 Шляхи потрапляння нафтопродуктів у стічні води

Водні ресурси виконують численні функції: економічну, екологічну, соціальну тощо [1]. Пріоритетне використання води - це забезпечення питних, культурно-оздоровчих, рекреаційних, спортивних, духовних та інших потреб населення. Важливим залишається використання води для потреб багатьох галузей економіки: сільськогосподарського зрошення, енергетики, судноплавства, рибного господарства та ін.

Основними джерелами забруднень нафтою та нафтопродуктами є видобувні підприємства, системи перекачування і транспортування, нафтові термінали і нафтобази, сховища нафтопродуктів, залізничному транспорті, річкові і морські нафтоналивні танкери, автозаправні комплекси та керівництву станції. Обсяги відходів нафтопродуктів і нафтозабруднень, нагромаджені на окремих об'єктах, становлять десятки і сотні тисяч кубометрів. Значна кількість сховищ нафтошламів і відходів, побудованих за початку 50-х років, перетворилося із засобу запобігання нафтозабруднень на постійно діюче джерело таких забруднень.

На кожному харчовому підприємстві в результаті миття обладнання, автомобільних цистерн, потрапляння технічних мастил утворюються нафтовмісні стічні води.

Нафтопродукти та близькі до них за властивостями мастила містяться у виробничих стічних водах переважної кількості підприємств промисловості, транспорту та сфери послуг, поверхневому стоці з територій цих підприємств, а також відпрацьованих технологічних розчинах різного призначення - мастильно-охолоджуючих рідинах, мийних і знежирювальних розчинах, і подібних емульсіях виробничого призначення.

Поняття "нафтопродукти" в гідрохімії умовно обмежується тільки вуглеводневою фракцією (аліфатичні, ароматичні, аліциклічні вуглеводні) [4] Великі кількості нафтопродуктів поступають в поверхневі води при перевезенні нафти по воді, із стічними водами підприємств нафтовидобувної, нафтопереробної, хімічної, металургійної і інших галузей промисловості, з господарчо-побутовими водами. Деякі кількості вуглеводнів поступають у воду в результаті прижиттєвих виділень рослинними і тваринними організмами, а також в результаті їх посмертного розкладання [4].

В результаті процесів випару, що протікають у водоймищі, сорбції, біохімічного і хімічного окислення концентрація нафтопродуктів може істотно знижуватися, при цьому значним змінам може піддаватися їх хімічний склад. Найбільш стійкі ароматичні вуглеводні, найменш стійкі - алкани.

Іншим основним джерелом нафтових забруднень морського середовища є річковий стік. Він збирає нафтові забруднення від різних об’єктів, розташованих далеко від моря, і містить нафтопродукти у всьому різноманітті їх видів. Хоча стічні води промислових підприємств очищаються в різних очисних спорудах, повної очистки стічних вод від нафти і нафтопродуктів досягти не вдається. Однією з причин забруднення вод нафтопродуктами є їх потрапляння у дренажні води, змив зливовими стоками з територій міст і промислових підприємств. Ці забруднення локалізуються в основному в прибережних зонах морів і містять нафтопродукти в емульгованому, розчиненому і плівковому вигляді [4].

Нафтопродукти знаходяться в різних міграційних формах: розчиненій, емульгованій, сорбованій на твердих частках суспензій і донних відкладень, у вигляді плівки на поверхні води. Зазвичай у момент потрапляння нафтопродуктів у поверхневі води, їх маса зосереджена у плівці. По мірі віддалення від джерела забруднення проходить перерозподіл між основними формами міграції, спрямоване у бік підвищення долі розчинених, емульгованих, сорбованих нафтопродуктів. Кількісне співвідношення цих форм визначається комплексом чинників, найважливішими з яких є умови потрапляння нафтопродуктів у водний об'єкт, відстань від місця скидання, швидкість течії і перемішування водних мас, характер і міра забрудненості природних вод, а також склад нафтопродуктів, їх в'язкість, розчинність, щільність, температура кипіння компонентів. При санітарно-хімічному контролі визначають, як правило, суму розчинених, емульгованих і сорбованих форм нафти [5].

Вміст нафтопродуктів в річкових, озерних, морських, підземних водах і атмосферних осіданнях коливається в досить широких межах і зазвичай складає n∙10^-2- n∙10^-3 мг/дм³.

У незабруднених нафтопродуктами водних об'єктах концентрація природних вуглеводнів може коливатися в морських водах 0,01 - 0,10 мг/дм³ і вище, в річкових і озерних водах 0,01 - 0,20 мг/дм³, іноді досягаючи 1-1,5 мг/дм³. Вміст природних вуглеводнів визначається трофічним статусом водоймища і значною мірою залежить від біологічної ситуації у водоймищі.

Розчинені нафтопродукти - нафтопродукти, що знаходяться у водній товщі в істинно розчиненому стані. У розчиненому стані у водному середовищі може знаходитися 20 - 500 мг/дм³ нафтопродуктів, причому розчинність легких фракцій нафти вище, ніж важких. Як правило, для розчинених нафтопродуктів характерний підвищений вміст низькомолекулярних ароматичних вуглеводнів (до 90 %), які мають вищу розчинність [5].

Емульговані нафтопродукти - нафтопродукти, що знаходяться у водній товщі у вигляді емульсії (розмір частинок більше 0,45 нм). Емульгування нафти і нафтопродуктів відбувається в результаті хвильового перемішування і проникнення вуглеводнів у водну масу і в донні відкладення.

Значні кількості нафтопродуктів, знаходячись в завислому стані, адсорбуються на частинках тонкодисперсних мінеральних і органічних завислих речовин і осідають спільно з ними на дно, накопичуючись в донних відкладеннях. До них поступають і важкі фракції нафтопродуктів, що залишаються у водному середовищі при утилізації вуглеводнів бактеріями і при випаровуванні легких фракцій. Кількість нафтопродуктів, що осіли на дно, може досягати до 40 % від загальної кількості.