Маслени сепаратори за производствени отпадъчни води

В много предприятия от химическата промишленост и най-вече в рафинерии за първия, и може би най-важен, етап на пречистване на отпадъчните води се използват маслоуловители, разработени от Американския петролен институт (API). Действащи на базата на гравитачно утаяване, тези сепаратори отстраняват големи количества масло и суспендирани твърди частици от производствените отпадъчни води преди последващото им третиране, което в повечето случаи включва втори етап на водно-маслена сепарация и някаква форма на усъвършенствано (обикновено биологично) пречистване за елиминиране на разтворените органични съединения. Доброто разбиране на дизайна, работните принципи и предлаганите на пазара опции за тези съоръжения могат да спомогнат за максимално оползотворяване на стойността им от страна на предприятията.

Маслозадържателят на API работи на принципа на закона на Стокс. Технологията, позволяваща издигането на маслената фракция на повърхността на съоръжението, се основава на разликата между относителното тегло на маслото и това на отпадъчните води. Тази разлика обикновено е много по-малка, отколкото разликата между общо суспендираните твърди частици и водата, поради което в маслоуловителя се утаяват и тези частици.

Дизайн и характеристики
Типичният маслозадържател на API представлява тесен и плитък резервоар с голяма дължина. Сред най-важните му характеристики е това, че минималното съотношение на дължина и ширина е 5:1, което гарантира, че работните условия позволяват придвижване на потока с постоянна скорост във всяка една точка от напречното сечение на съоръжението. Минималното съотношение дълбочина-ширина е 0,3:0,5, за да се осигури подходящата дълбочина на маслозадържателя. С изпълнението на това условие се свежда до минимум необходимото време за издигане на маслените частици до повърхността. Максималната дължина на канала е 6 m, а максималната дълбочина – 2,5 m.

Хоризонталната скорост е не повече от 0,9 m/s с цел да се минимизира турбулентността на потока и свързаните с нея проблеми при разделянето на маслената и водната фракция. Препоръчва се инсталирането на направляващи елементи, които да разпределят потока в ширината и дълбочината на маслоуловителя. Тези елементи спомагат за ограничаване на ефекта от високите скорости на входящия поток отпадъчни води и свързаната с тях понижена ефективност на отстраняване на маслената фракция.

С маслозадържателите на API могат да се отстраняват маслени частици с диаметър от 150 микрона или по-големи. Освен ако не се регулира оразмеряването на съоръжението така, че да се компенсира отстраняването на по-малки маслени капки, частиците с диаметър под 150 микрона ще напуснат маслозадържателя заедно с отпадъчните води и ще трябва да бъдат премахнати в последващите етапи на третиране.

За осигуряване на ефективно и екологосъобразно третиране с минимална намеса от страна на оператора могат да се приложат различни конструкционни решения. Едно от тях е монтажът на изгребваща система в резервоара, която да отстранява утаените твърди частици и плаващата маслена фракция. По този начин ще се предотврати образуването на отложения в съда, което води до понижаване на капацитета на маслозадържателя. Необходимо е и включването на система за изпомпване на утайката, която да работи на определени интервали или непрекъснато. Сепараторът изисква и система за разпределяне на входящия поток отпадъчни води, както и херметично затварящи се капаци за ограничаване на емисиите на летливи органични съединения и пари. Специфицирането и проектирането на ефективен API маслозадържател изисква повече от оразмерителни изчисления – спомагателното оборудване също трябва да е проектирано по подходящ начин.

Помпени системи
Много от новите маслоуловители на API се разполагат в надземни стоманени резервоари, което улеснява поддръжката и инспекцията им. С такъв тип резервоар отпадъчните води не могат да се подадат гравитачно към сепаратора, а трябва да бъдат препомпани. Това обаче може да доведе до разкъсване и емулгиране на маслените капчици, което не само възпрепятства отстраняването им, но понижава ефективността и на следващите етапи по пречистване.

Затова е препоръчително да се специфицира помпа, която поражда ниска сила на срязване и ниска турбулентност. Изключително подходяща за целта е помпа тип архимедов винт. Използват се и центробежни помпи с ниска сила на срязване, но те не са толкова ефективни в ограничаване на разкъсването на маслените капки.

Отстраняване на утайката
Най-разпространената причина за недобре работещи API маслозадържатели е неефективното отстраняване на утайката. Поради тази причина системите за изпомпването и отстраняването й са може би най-важният елемент от спомагателното оборудване. При специфицирането на тези системи трябва да бъдат отчетени няколко фактора. Образуващата се в маслоуловителя утайка е тежка, вискозна и лепкава. За да се предотврати запушване на изходните отвори, е от съществено значение утайката да се флуидизира с помощта например на дюзи с вода или пара.

Маслената утайка също така полепва по отвеждащите тръбопроводи, което обуславя необходимостта от почистването и промиването им, за да се предотврати евентуалното им запушване. Изборът на помпа за утайката е от критично значение. Конвенционалните центробежни помпи обикновено трудно придвижват плътните твърди утайки от дъното на API маслозадържателите. Приемливи за тази цел са диафрагмените помпи с положително изместване.

Когато има възможност, помпите за утайка трябва да са разположени на същото ниво като колекторите, за да се минимизира запушването на смукателния им тръбопровод. Поради вискозния характер на утайката не е препоръчително помпите за отстраняването й да се разполагат над водната повърхност на сепаратора.

Колекторни системи
Изгребващата система на маслозадържателите улавя плаващата маслена фракция и утаените твърди частици. В случай че тези компоненти не бъдат отстранени и се натрупат, ефективният обем на съоръжението намалява. Това оказва негативно въздействие и върху ефективността на разделяне, което ще доведе до повишени концентрации на масло и твърди частици в изходящия воден поток.

Традиционно за тези системи се използват метални вериги, изградени от чугун, лята или неръждаема стомана. Теглото на тези метални вериги може да се окаже недостатък при инсталация. Характеристиките на чугунените и стоманените компоненти могат да се влошат с времето поради корозивните в известна степен отпадъчни води, което може да доведе до необходимост от периодичната им подмяна. Макар и да не са толкова податливи на корозия, компонентите от неръждаема стомана са значително по-скъпи.

Използването на неметални верижни компоненти в колекторните системи е сравнителна новост в областта. За целта са използвани редица видове елементи, като ефективността им зависи основно от материалния им състав.

Контрол на емисиите
В много рафинерии и нефтохимични предприятия е необходимо покриването на API маслозадържателите с плаващи или неподвижни капаци, задържащи летливите органични съединения. Плаващите покриви се разполагат директно върху течната повърхност на сепаратора, а фиксираните – над нея. Неподвижните покриви се прилагат по-често за нови съоръжения, докато плаващите се използват за съществуващи такива, които трябва да осигурят съответствие с екологичните изисквания.

При избора на най-подходящия тип покрив трябва да се вземат предвид възможността за оказване на въздействие върху ефективността на изгребващата система, леснотата на достъп за поддръжка на колекторните компоненти, безопасната експлоатация, капиталовите и оперативните разходи и съответствието с нормативните разпоредби. Понякога плаващите покриви могат да попречат на изгребващите устройства, които се простират над водната повърхност при изходния край на маслоуловителя. В такива случаи над тази част от съоръжението трябва да се използва неподвижен покрив.

Покривите възпрепятстват и определянето на маслените нива и необходимостта от изгребване. Този минус води до недостатъчна или прекомерна честота на отстраняване на маслото. Правени са опити за поставяне на прозорци в покривите, но с времето обикновено те се замърсяват с масло и кондензирала вода, което ги прави безполезни. По-ефективно решение на проблема е инсталирането на електронни сонди в покрива, които следят концентрациите на масло на различни дълбочини на маслоуловителя.