Удаление дисперсных загрязнений

Работа системы основана на комбинировании процессов флотации (электрофлотации) и фильтрации (сорбции на активированном угле или ультрафильтрации воды).

Флотатор состоит из пластикового корпуса, системы диспергирования воздуха (либо электродного блока с нерастворимыми электродами), автоматической системы сбора нефтешлама, компрессора (источника питания), накопительных емкостей из полипропилена для воды и раствора коагулянта, перекачивающих насосов.

Таблица 1. Технические характеристики оборудования для очистки сточных вод от нефтепродуктов:

Параметры	После флотатора	После фильтра
Исходная сточная вода:
Нефтепродукты	50 - 500 мг/л
Взвешенные вещества	500 - 2000 мг/л
Очищенная вода:
Нефтепродукты	0,5 - 5 мг/л	0,05 мг/л
Взвешенные вещества	5 - 20 мг/л	0,5 - 5 мг/л
Химическое потребление кислорода	< 200 мг O /л
Расход реагента	5-10 г/м3	нет
Производительность очистных сооружений	1-10 м3/ч
Расход электроэнергии	0,25-2,5 кВт ч/м3
Габаритные размеры	2000х1200х1115 мм	2000х1200х1115 мм
Срок службы мембран для диспергирования воздуха / сорбента	до 5 лет	до 2 лет

 

2. Сорбционные фильтры

 

Сорбционные фильтры применяются для глубокой очистки воды замкнутого водоснабжения и очистки сточных вод от органических веществ, в том числе биологически жестких. Процесс сорбции на активированных углях является одним из наиболее эффективных методов тонкой очистки сточных вод от растворимых органических загрязнений. Наиболее рациональна сфера применения сорбционных фильтров при очистке сточных вод от красителей, слабых электролитов и/или неэлектролитов, ароматических и гидрофобные (хлорорганических или включающих нитрогруппы) алифатических соединения. Для сточных вод, содержащих только неорганические соединения, а также низкомолекулярные органические соединения (спирты, альдегиды) данный метод очистки не применяется.

Сорбционные технологии очистки воды могут использоваться как самостоятельно, так и в комбинации с биологической очисткой с целью предварительной и глубокой доочистки. Преимуществами метода сорбции на активированном угле являются возможность адсорбции компонентов смесей загрязняющих веществ, а также высокая эффективность очистки, особенно сточных вод с низкой концентрацией. Адсорбция растворимых соединений это результат перехода на поверхность твердого сорбента молекул растворенного вещества из воды под действием силового поля данной поверхности.

Наиболее распространенными загрузками сорбционных фильтров являются различные природные и синтетические пористые материалы: активированные угли, силикагели, алюмосиликаты, керамзиты и пр. При адсорбции из жидких сред используют преимущественно гранулированные и порошкообразные активированные угли. Эффективность сорбента характеризуется сорбционной емкостью - количеством поглощаемого вещества на единицу массы (объема) сорбента (г/г, г/л).

Установки сорбционной очистки сточных вод имеют следующую классификацию:

• Тип процесса – непрерывный или периодический;
• Гидродинамический режим - установки смешения, вытеснения, либо промежуточного типа;
• Состояние слоя сорбента – неподвижный или движущийся;
• Контакт взаимодействующих фаз - непрерывный или ступенчатый;
• Направление фильтрации - прямоточная, противоточная, либо смешенного движения;
• Конструкция фильтра – емкостная или колонная;

В промышленной очистке сточных вод, как правило, применяются сорбционные фильтры с неподвижным и плотно движущимся слоем сорбента (динамическая сорбция), а также установки с псевдоожиженным слоем сорбента. Наиболее распространенным в промышленности и простым в изготовлении и эксплуатации является насыпной фильтр, представляющий собой баллон из стеклопласта либо нержавеющей стали с загрузкой сорбента, через слой которого фильтруется сточная вода.

Рис.4. Сорбционный фильтр с загрузкой активированного угля производства Технопарка РХТУ им Д.И. Менделеева.

Сорбционный фильтр состоит из корпуса (стеклопластикового баллона требуемых габаритов), неподвижного слой активного угля с гравийной подсыпкой, управляющего клапана (Clack; Fleck) либо механической задвижки, трубопровода подачи сточной воды, трубопровода отвода очищенной воды, трубопровод подачи взрыхляющей воды, распределительно-дренажной системы.

Линейная скорость фильтрации зависит от концентрации загрязняющих веществ в сточной воде, поступающей на очистку, и составляет 1-10 м/ч; крупность зерен сорбента составляет 1-5 мм. Наиболее рациональной является фильтрация с подачей жидкости снизу вверх, поскольку в этом случае происходит равномерное заполнение всего сечения фильтра и относительно легко вытесняются пузырьки воздуха, поступающие в слой сорбента со сточной водой.

Фильтры с неподвижным слоем сорбента используют при регенеративной очистке сточных вод с целью утилизации ценных компонентов. Процесс десорбции производится при помощи водяного парах и/или химических растворителей.

 

3. Механические фильтры

 

Качество исходной из питающего источника воды часто не удовлетворяет нормативным требованиям к воде, поступающей на опреснительные установки обратного осмоса. Обрабатываемая вода может в различных количествах содержать взвешенные вещества различной дисперсности, соли железа, марганца, кальция, магния и других металлов, фитопланктон, который в процессе обессоливания может образовывать на поверхности мембран отложения, а также загрязнять другие элементы установок. Вследствие данных обстоятельств требуется предварительная обработка воды перед обессоливанием, целью которой является, как устранение из воды каких-либо примесей, так и создание физико-химических условий, предотвращающих выпадение веществ в обратноосмотическом аппарате в виде осадков и отложений. Для достижения вышеуказанной цели обычно используют картриджные фильтры с размером пор от 0,5 до 100 мкм, лиюо насыпные фильтры для фильтрования через мелкозернистую загрузку, обезжелезивания, умягчения и дехлорирования исходной воды.

Картриджные фильтры предназначены для удаления из воды нерастворенных веществ. Основной частью картриджного фильтра является элемент, на котором производится отделение нерастворённых веществ в процессе микрофильтрации. Уровень фильтрации зависит от используемого элемента. Все частицы, размер которых превышает размер пор фильтрующего элемента, удаляются из входного потока. Обычно, картриджные фильтры удаляют частицы размером 0,5-100 мкм.

Установка микрофильтрации состоит из корпуса, держателя и патронного фильтрующего элемента. Корпус и фильтродержатель выполнены из нержавеющей стали, не подвергающейся коррозии.

Рис. 5. Насыпные фильтры.

Насыпные фильтры представляют собой емкости, цилиндрической формы, изготовленные из прочных антикоррозионных материалов и наполненные фильтрующим материалом. При прохождении через данный материал, происходит фильтрация воды. В верхней части колонны устанавливается управляющий блок, определяющий параметры процесса фильтрации и периодичность регенерации.

 

 

4. Отстойники и нефтеловушки

 

Отстойники и нефтеловушки емкостного типа, используемые на предварительных стадиях разделения суспензий, эмульсий и обработки сточных вод, громоздки и малоэффективны. Требуемое время пребывания жидкостей при очистке от тонкодисперсных взвесей и эмульгированных нефтепродуктов достигает нескольких часов, что приводит к неоправданному увеличению габаритов очистных сооружений.

Степень очистки от взвесей и нефтепродуктов в емкостных отстойниках составляет, как правило, не более 50%. Низкая эффективность очистки сточных вод объясняется несовершенством конструкций, в которых не удается избежать турбулентного перемешивания вследствие конвекционных и плотностных потоков, возникающих из-за температурных перепадов или неравномерного распределения концентрации примесей в объеме очистных сооружений.

Недостатки впускных устройств, распределяющих поток по сечению, не позволяет полностью реализовать объем отстойников и нефтеловушек. Горизонтальная скорость потоков оказывается выше расчетной, следовательно реальное время пребывания воды на очистных сооружениях может оказаться в 2-3 раза меньше проектного.

Несовершенство горизонтальных емкостных отстойников, имеющих значительную глубину, в которых частицы проходят вертикальный путь, равный глубине отстойника, могут быть существенно снижены на очистных сооружениях с тонкослойным потоком осветляемой воды. Уменьшение высоты слоя отстаивания позволяет сократить время выделения взвешенных веществ из сточных вод, уменьшить перемешивание потока жидкости, вызванное конвекционными токами.

Принцип тонкослойного отстаивания используется при проектировании многоярусных полочных отстойников нефтеловушек. Их рабочий объем разделен по высоте наклонными пластинами на ряд зон отстаивания. Отстаивание загрязнений в тонких слоях потока жидкости протекает быстро, поскольку путь движения осаждающихся частиц в 10-50 раз короче, чем в емкостных отстойниках. Тонкослойные отстойники являются значительно более компактными очистными сооружениями, требующими меньшей площади размещения. Преимуществом данных очистных сооружений является также то, что введение параллельных пластин в сечение отстойника позволяет равномерно распределить поток воды в начале отстойной части и сохранить это распределение по длине. Поэтому в многоярусных отстойниках коэффициент использования объема гораздо выше, чем в обычных.

Схема тонкослойного отстойника показана на рис.4. Основные характеристики тонкослойных отстойников: отстойник делится наклонными пластинами на ярусы глубиной 45-110 мм; наклон пластин в 45-60° к горизонту обеспечивает сползание осадка из ярусов в осадкоуплотнитель, а нефтепродуктов на поверхность воды. Устройство ярусов в нефтеловушке одновременно с уменьшением ее объема обеспечивает стабильность потока жидкости и нивилирует возникновения плотностных и температурных течений.

Сравнительные испытания емкостной и тонкослойной нефтеловушек одного объема с концентрацией нефтепродуктов на входе 100 мг/л показали, что концентрация на выходе из многоярусного очистного сооружения достигает 10-15 мг/л, а из нефтеловушки обычной конструкции - 43-50 мг/л. Следовательно, применение тонкослойных отстойников взамен емкостных позволяет повысить эффективность предварительной очистки сточных вод от нефтепродуктов с 55% до 85%.

Рис.6. Схема многоярусного отстойника нефтеловушки

В тонкослойных отстойниках и нефтеловушках в зависимости от конструкции возможно осуществить несколько различных схем движения потока жидкости и взвешенных веществ:

- прямоточная, когда поток  жидкости и выделяемых из него  частицы имеют одно направление;

- противоточная, когда отделяемые частицы движутся против потока жидкости;

- перекрестноточная, когда  отделяемые частицы двигаются  поперек движения потока жидкости.

Тонкослойный отстойник, представленный на рис.6., является прямоточным по извлекаемым нефтепродуктам и противоточным по оседающим взвешенным веществам.

Конструкция тонкослойного отстойника нефтеловушки с противоточным движением выделенной нефти и потока жидкости представлена на рис.7. Это прямоугольная емкость, разделенная перегородкой 9 на две секции. Над перегородкой расположены блоки из параллельных пластин 3. Шарнирное соединение 7 блока с перегородкой позволяет изменять угол наклона блока для подбора оптимального значение, при котором не происходит зашламление ярусов. Сточная вод поступает в первую секцию отстойника нефтеловушки через заглубленный трубопровод 2 с насадками 5. При этом из потока выделяется крупнодисперсная нефть. Мелкодисперсная нефть, на задержание которой рассчитана нефтеловушка, выделяется при прохождении рабочего потока через блок с параллельными пластинами 3. Задержанная в ярусах нефть движется против основного потока, выходит из блока и всплывает в первой секции. Рабочий поток, выйдя из блока, поднимается вверх и, переливаясь через водослив в лоток 6 для приема очищенной воды, отводится из очистного сооружения.

Рис.7. Схема многоярусного отстойника нефтеловушки с противоточным движением воды и выделенной нефти: 1 - гидроэлеватор для удаления осадка; 2 - заглубленный трубопровод для подачи загрязненной жидкости; 3 - параллельные пластины; 4 - скребковый транспортер; 5 - насадки; 6 - лоток для приема очищенной жидкости; 7 - шарнирное соединение; 8 - нефтесборная труба; 9 – перегородка.