Загрязнение маслами в промышленных сточных водах происходит из предсказуемого набора источников: охлаждающие жидкости для обработки, утечки гидравлической жидкости, смазочные масла и углеводороды, связанные с процессами. То, что усложняет управление, заключается в том, что масло — это не один загрязнитель. Это смесь, поведение которой в воде — свободное, эмульгированное, растворенное — меняется в зависимости от источника, температуры и этапа обработки, а регулирующий предел, применимый к данному сбросу, устанавливается подкатегорией, разрешением и принимающей очистной станцией, а не одним национальным числом.
Table of Contents
Регуляторная структура
Сам Закон о чистой воде не устанавливает числовой предел для масел и жиров. Он запрещает сбросы, нарушающие разрешение, а конкретные запреты в общих правилах предварительной обработки (40 CFR 403.5(b)(6)) запрещают нефтяное масло, неразлагаемое резательное масло и продукты минерального происхождения в количествах, вызывающих помехи или проходящие через очистную станцию. Числового предела в стеклянной трубке на федеральном уровне для масел и жиров в общем не существует; применимые числа поступают из трех источников:
1. Руководящие принципы по ограничениям сточных вод (ELGs) по подкатегориям
- Металлообработка, 40 CFR Part 433: контролирует металлы (кадмий, хром, медь, свинец, никель, серебро, цинк), цианид и общее токсичное органическое вещество. Он не устанавливает предела для масел и жиров — это распространенное неверное толкование, поскольку предприятия в этом секторе действительно производят потоки сточных вод, содержащие масло.
- Нефтепереработка, 40 CFR Part 419: пределы для масел и жиров в основном выражаются в массе на единицу сырья (кг на 1,000 м³ сырья), а не в мг/л, поскольку значимая мера — это нагрузка, а не концентрация. Один широко цитируемый предельный уровень концентрации в части применяется к загрязненной стоку, сбрасываемой отдельно, ограниченной 15 мг/л в любой пробе.
- Производство железа и стали, 40 CFR Part 420: пределы для масел и жиров специфичны для подкатегорий и снова выражаются в массе на единицу продукта (кг на 1,000 кг) для большинства подкатегорий.
2. Пределы разрешений NPDES для прямых сбросчиков, установленные на основе ELG и стандартов качества воды для принимающей воды.
3. Местные пределы предварительной обработки для косвенных сбросчиков. Они разрабатываются очистной станцией в соответствии с 40 CFR 403.5(c) и являются пределами, которым большинство промышленных объектов действительно должны соответствовать. Предел около 100 мг/л для масел и жиров является распространенным в постановлениях очистных станций, но это число варьируется и должно читаться из местного постановления, а не предполагаться.
Штрафы: нарушения разрешения CWA подвергают сбрасывателя гражданским штрафам до $68,445 в день за нарушение в соответствии с 33 U.S.C. 1319(d), с учетом инфляции (40 CFR 19.4, Таблица 1). Уголовная ответственность применяется к сознательным и умышленным нарушениям, а аннулирование разрешения или условия его продления обычно представляют собой более непосредственный коммерческий риск.
Сравнение технологий обнаружения
| Технология | Предел обнаружения | Селективность | Помехи | Обслуживание |
|---|---|---|---|---|
| УФ-флуоресценция | <0.1 ppm | Углеводороды | Низкий | Ежемесячная калибровка |
| ИР-абсорбция | 1–5 ppm | Общее масло и жиры | Умеренные (растворитель) | Еженедельная чистка |
| Гравиметрический (экстракт гексана/EPA 1664) | 5–10 ppm | Все экстрагируемые вещества | Нет, но без спецификации | Лаборатория |
| Емкость | 5–20 ppm | Полярные соединения | Высокий (соли) | Ежемесячно |
| Оптоволокно | 0.5 ppm | Углеводороды | Низкий | Ежеквартально |
Датчики ChiMay для обнаружения масла в воде используют УФ-флуоресценцию, которая обеспечивает наилучший баланс чувствительности и селективности для большинства промышленных приложений, с пределами обнаружения, достигающими <0.5 ppm для очищенных нефтепродуктов.
Принципы обнаружения УФ-флуоресценции
Ароматические углеводороды в масле поглощают УФ-свет на длинах волн возбуждения 254–365 нм и повторно излучают на более длинных длинах волн флуоресценции 360–450 нм. Интенсивность флуоресценции отслеживает концентрацию углеводородов, когда выбираются полосы возбуждения и эмиссии для данного масла.
Преимущества:
— Высокая чувствительность — суб-ppm для легких масел и очищенных топлив
— Быстрая реакция, секунды
— Непрерывная работа в режиме онлайн с минимальной подготовкой образцов
Ограничения:
— Реакция варьируется в зависимости от типа масла — датчик, откалиброванный на дизельном топливе, не правильно считывает сырую нефть
— Квenching от взвешенных твердых частиц и от очень высоких концентраций масла
— Требуется регулярная проверка по сравнению с эталонным методом (Метод EPA 1664), поскольку флуоресценция является суррогатом, а не первичным измерением
Примечания по промышленному применению
Сточные воды металлургической и машиностроительной промышленности
Прокатные станы, непрерывные разливочные машины и отделочные линии генерируют масляные стоки и эмульсионные потоки отходов. Типичная конфигурация мониторинга:
- Датчики в ключевых точках сброса — после ямы для шлама или установки DAF, перед резервуаром для удержания и на финальном сточном водоотводе
- Автоматическое отклонение в резервуар для удержания при высоком уровне масла, так что сигнал становится действием, а не уведомлением
- Непрерывная регистрация, чтобы отклоненный поток можно было отследить обратно к источнику масла
- Интеграция с DCS/SCADA завода, поскольку клапан отклонения и сигнал тревоги принадлежат одной и той же системе управления
Ранняя диагностика — это суть установки. Как только масло достигает стадии биологической обработки, оно покрывает биомассу и ухудшает производительность на несколько дней; отклонение по нарастающей тенденции избегает большей части этого. Та же логика применяется к чистой стороне завода, где загрязнение масла в системе охлаждения дешевле отслеживать по тенденции мониторинга, чем по неработающему теплообменнику.
Нефтехимический завод
Сточные воды завода содержат несколько различных потоков углеводородов, и план мониторинга обычно следует за ними:
Стратегия мониторинга:
— Сточные воды первичного сепаратора: диапазон 0–50 ppm
— Переполнение API-сепаратора: 0–10 ppm высокочувствительные приборы
— Финальные сточные воды: 0–2 ppm мониторинг соблюдения
— Уровни сигнализации: уровень предупреждения и более высокий уровень, который отклоняет поток
Нефтеперерабатывающие заводы, которые используют многоточечные сети мониторинга масла, фиксируют неисправности сепараторов в момент их возникновения, а не на финальном сточном водоотводе, где единственными оставшимися вариантами являются удержание и отступление или превышение.
Руководство по установке датчиков
Выбор точки отбора проб
Полезные места для мониторинга масла в воде:
- Перед первичной обработкой — обнаруживает грубое загрязнение
- После API-сепаратора — измеряет эффективность сепаратора
- Перед резервуаром для выравнивания — позволяет раннее отклонение
- Финальные сточные воды — проверка соблюдения
Требования к кондиционированию образцов
- Дизайн потока, который предотвращает накопление воздушных пузырьков, поскольку пузырьки флуоресцируют и считываются как ложное масло
- Нагретые линии образцов, где присутствуют восковые сорта нефти или тяжелые топливные масла
- Стадии коалесцирования или фильтрации для удаления свободных капель масла, которые в противном случае вызвали бы резкий скачок показаний
- Контроль температуры для поддержания стабильной реакции флуоресценции
Встраиваемая экстракция или ячейки прямого ввода обычно предпочтительнее насосных линий для непрерывного мониторинга, поскольку задержка транспортировки образца и загрязнение линии изменяют измеренную концентрацию до того, как она достигнет датчика.
Обслуживание и обеспечение качества
Процедуры калибровки
Первичная проверка:
— Лабораторный анализ с использованием Метода EPA 1664 (экстрагируемый материал n-гексаном), который остается регуляторной ссылкой для масел и жиров
— Калибровочная кривая, охватывающая ожидаемый диапазон концентраций, а не одна точка
— Документированная цепочка хранения для образцов проверки
Частота:
— Ежемесячно: проверка нуля и диапазона
— Ежеквартально: полная калибровка с сравнением с эталонным методом
— Ежегодно: проверка третьей стороной, где результат используется для отчета по разрешению
Очистка и предотвращение загрязнения
Датчик, покрытый маслом, быстро теряет чувствительность, и сбой выглядит как падающая тенденция, а не очевидная неисправность:
- Автоматические системы очистки или промывки для непрерывной работы
- Промывка растворителем через определенные интервалы в условиях жесткой эксплуатации
- Мониторинг дрейфа реакции, чтобы инициировать замену датчика, а не ждать неудачной проверки
- Запасные датчики, хранящиеся на месте, поскольку грязный датчик в приложении по соблюдению является пробелом в данных
