способ и устройство для очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ

Формула изобретения

1. Способ очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ, включающий коагуляцию, сорбцию и флотацию в активированной водной дисперсии воздуха, отличающийся тем, что перечисленные процессы реализуют в одном объеме, при этом в качестве стабилизатора дисперсности газовой фазы при подготовке активированной водной дисперсии воздуха струйным аэрированием используют гидрофобизированный вермикулитовый сорбент тонких фракций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое соотношение гидрофобизированного вермикулитового сорбента к нефтепродуктам составляет 1:(10-50).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что время стабилизации дисперсного состава активированной водной дисперсии воздуха составляет не более 3 с.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что кроме коагуляции, сорбции и флотации в активированной водной дисперсии воздуха осуществляют пенную сепарацию нефтепродуктов и других примесей при подаче загрязненных вод на пенный слой.

5. Устройство для очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ, включающее камеру, наклоненную в сторону разгрузки, перегородку, выполненную из ступенчато расположенных пластин и разделяющую камеру на аэрационное и флотационное отделения, диспергаторы газа, приспособления для загрузки очищаемых вод и разгрузки выделенных загрязнений, отличающееся тем, что перегородка камеры снабжена гибкими планками, установленными на концах пластин со стороны флотационного отделения и перекрывающими зазоры между пластинами, при этом пластины выполнены криволинейными и образуют между собой дугообразные каналы, соединенные с днищем и стенками аэрационного отделения.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что аэрационное отделение выполняют из отдельных наборных емкостей, объем которых определяется временем стабилизации дисперсного состава газовой фазы и уровнем загрязнения очищаемых вод.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что приспособление для загрузки очищаемых вод конструктивно выполнено таким образом, что позволяет регулировать загрузку очищаемых вод как на пенный слой для пенной сепарации, так и в объем флотационного отделения устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ. Изобретение может быть использовано на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли, химической промышленности, цветной металлургии, горно-промышленного, оборонного, теплоэнергетического комплексов, транспорта и на предприятиях по водообеспечению.

Известен способ очистки нефтесодержащих сточных вод, основанный на флотации в присутствии минерального сорбента - модифицированного вспученного перлита крупностью 0.2-1.2 мм, вводимого во флотацию совместно с воздухом [1]. Недостатками данного способа являются невысокая степень очистки (до 87%) и длительное время флотации (15 минут).

Известен способ очистки сточных вод [2], включающий три стадии очистки: первая - подготовка газожидкостной смеси на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) гетерополярного строения, вторая и третья - флотация из объема и пенная сепарация, протекающие одновременно в восходящих потоках активированной газожидкостной смеси. Недостатком этого способа очистки сточных вод является использование ПАВ при подготовке активированной газожидкостной смеси, содержание которых в очищенных водах регламентируется.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки сточных вод, включающий использование коагуляции, флотации и сорбции, согласно которому активированную водную дисперсию воздуха (АВДВ) готовят в присутствии поверхностно-активных веществ и обожженного вермикулита [3]. Недостатками этого способа очистки сточных вод являются: многостадийность процесса очистки; использование высоких концентраций (70-100 мг/л) поверхностно-активных веществ для создания АВДВ; использование гидрофильного сорбента (обожженный вермикулит в водной среде быстро регидратируется); длительность процесса очистки, обусловленная образованием и отстаиванием флокул при коагуляции.

Известно устройство [4], используемое для концентрирования примесей, работающее с применением струйного принципа аэрирования. Камера устройства разделена на высокотурбулентную и ламинарную зоны, что позволяет более селективно выделять шламы, чем в обычной флотационной машине. К недостаткам этого устройства относится неравномерность аэрации рабочего объема, отсутствие зоны стабилизации дисперсного состава газовой фазы, что не позволяет достигнуть высокой степени очистки вод.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство [5], позволяющее равномерно регулировать объем очищаемой воды за счет поступления из аэратора специальным образом сформированной газожидкостной смеси. Недостатком этого устройства является забивание аэратора взвешенными веществами.

Для повышения скорости и эффективности процесса очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ, исключения использование ПАВ при приготовлении АВДВ, увеличения производительности устройства очистки вод при уменьшении площади для его размещения предлагаются способ, основанный на синергетическом эффекте при концентрировании загрязнений в многофазной системе, и устройство, позволяющее реализовать этот способ в одном объеме.

Способ очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ включает коагуляцию, сорбцию и флотацию в активированной водной дисперсии воздуха в присутствии гидрофобизированного вермикулитового сорбента, при этом перечисленные процессы реализуются в одном объеме. В качестве стабилизатора дисперсности газовой фазы при подготовке активированной водной дисперсии воздуха струйным аэрированием используют только гидрофобизированный вермикулитовый сорбент тонких фракций без добавления ПАВ. Гидрофобизированный вермикулитовый сорбент используется и как агент, участвующий в формировании и регулировании дисперсного состава газовой фазы, и как стабилизатор дисперсного состава активированной водной дисперсии воздуха за счет уменьшения поверхностного натяжения на границе раздела газ - жидкость и образования структурированного слоя на границе раздела фаз. Наибольший эффект стабилизации дисперсного состава АВДВ гидрофобизированным вермикулитовым сорбентом достигается при его соотношении к нефтепродуктам в очищаемых водах 1:(10-50). Использование тонких фракций гидрофобизированного вермикулитового сорбента при создании дисперсий воздуха в воде позволяет полностью исключить использование поверхностно-активных веществ. При этом время стабилизации дисперсного состава АВДВ в присутствии тонких фракций гидрофобизированного вермикулитового сорбента без добавления ПАВ не превышает 3 секунд.

Полученную многофазную систему соединяют с очищаемой водой, добавляют незначительное количество ПАВ, коагулянт и проводят сорбцию, коагуляцию и флотацию загрязняющих примесей в одном объеме исполнительного аппарата. При этом за счет высокой поверхностной активности подготовленной многофазной системы достигаются высокие показатели эффективности и скорости очистки сточных вод. Кроме коагуляции, сорбции и флотации в активированной водной дисперсии воздуха осуществляют пенную сепарацию нефтепродуктов и взвешенных веществ при подаче очищаемых вод на пенный слой.

Устройство для очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ включает камеру, наклоненную в сторону разгрузки, перегородку, выполненную из ступенчато расположенных пластин и разделяющую камеру на аэрационное и флотационное отделения, диспергаторы газа, приспособления для загрузки очищаемых вод, разгрузки выделенных загрязнений и удаления очищенной воды, при этом исключение забивания диспергаторов газа флотируемым материалом и реализация процессов коагуляции, сорбции, пенной сепарации, флотации в активированной водной дисперсии воздуха в одном объеме достигается установкой гибких планок на концах пластин со стороны флотационного отделения камеры, перекрывающих зазоры между ними, а пластины выполнены криволинейными и образуют между собой дугообразные каналы, соединенные с днищем и стенками аэрационного отделения

Устройство для очистки вод (см. чертеж) состоит из двух основных узлов: флотационного 1 и аэрационного 2 отделений, разделенных перегородкой 3. Флотационное отделение представляет собой прямоточную ванну прямоугольного сечения, разделенную продольной вертикальной перегородкой на две камеры. Прямоугольное сечение ванны обусловлено необходимостью вывода пенного продукта машины с помощью механических пеносъемников. Днищем флотационного отделения является перегородка 3, имеющая уклон 15° в сторону разгрузки. Составными частями флотационного отделения являются загрузочное приспособление 4 для равномерного распределения очищаемой воды по всей ширине отделения, пеноприемник 5. Разгрузочные устройства по своей конструкции аналогичны подобным устройствам во флотомашинах других типов и снабжены переливным порогом 6 и приспособлением 7 для регулирования объема выпускаемой очищенной воды.

В устройстве предусмотрена регулировка следующих параметров: глубины флотационного отделения, толщины слоя пены по отношению к переливному порогу, глубины загрузки исходного питания по отношению к уровню пенного слоя, глубины аэрационного отделения, расходов сорбента и чистой воды в отсеки аэрационного отделения, количества выпускаемых очищенных вод. Особо следует отметить возможность формирования и регулирования дисперсности газовой фазы при постоянстве ее расхода за счет дозированной подачи гидрофобизированного вермикулитового сорбента.

Аэрационное отделение 2 предназначено для приготовления АВДВ и представляет собой емкость прямоугольного сечения, оканчивающуюся в верхней части дугообразными каналами 8 и разделенную вертикальными перегородками на восемь автономных отсеков. В нижней части отсеков установлены патрубки для ввода воздуха 9. Коллекторы 10, 11 и 12 служат для распределения воздуха, гидрофобизированного вермикулитового сорбента и чистой воды соответственно по отсекам аэрационного отделения. Воздух, суспензия гидрофобизированного вермикулитового сорбента и вода могут подаваться по отсекам дифференцированно с помощью игольчатых клапанов.

Существенный узел устройства - перегородка 3, разделяющая флотационное и аэрационное отделение. Перегородка состоит из ступенчато расположенных пластин 13 со щелевидными отверстиями прямоугольного сечения. Над пластинами установлена гибкая резиновая планка 14 (клапан), одна сторона которой на всю ширину устройства жестко фиксируется металлической планкой 15. Резиновая планка-клапан своей подвижной частью перекрывает щелевидное отверстие, являющееся продолжением дугообразного канала аэрационного отсека, и благодаря гибкости может регулировать степень раскрытия отверстия.

Приготовление АВДВ осуществляется следующим образом. Суспензия гидрофобизированного вермикулитового сорбента из коллектора 11 поступает в отсеки аэрационного отделения 2 в виде струй. Через коллектор 10 и патрубок 9 вводится воздух, который дробится струями суспензии с образованием тонкодисперсных пузырьков и переводится в состояние, близкое к пенообразному. Образованная многофазная система за время прохождения пути от диспергаторов до дугообразных каналов приобретает максимальную флотационную активность. Время стабилизации дисперсного состава многофазной системы в аэрационном отделении регулируется его объемом, составляемым из отдельных наборных емкостей 16 в зависимости от уровня загрязнения вод. В зоне дугообразных каналов многофазную систему разбавляют чистой водой, поступающей из коллектора 12, которая переводит ее из пенообразного состояния в активированную водную дисперсию воздуха, повышает устойчивость дисперсного состава пузырьков и ускоряет истечение АВДВ во флотационное отделение устройства через щелевидные отверстия пластин 13.

Устройство работает следующим образом. Через загрузочное приспособление 4 очищаемая вода с коагулянтом и ПАВ подается во флотационное отделение 1, где она смешивается с АВДВ, приготовленной в аэрационном отделении 2. При встрече АВДВ с загрязняющими веществами (нефтепродукты, взвешенные вещества) происходит образование флотокомплексов, которые всплывают на поверхность очищаемой воды и в виде пенного продукта самотеком или с помощью пеносъемника выводятся в приемник 5. Несфлотированные загрязняющие вещества, осаждаясь и транспортируясь вдоль перегородки 3, пересекают восходящие потоки пузырьков, подвергаются дофлотации и удаляются в виде пенного продукта. Удаление очищенной воды осуществляется через приспособление 7 и переливной порог 6. Высотой переливного порога регулируется толщина пенного слоя.

Конкретный пример достижения технического результата.

Технический результат при использовании предлагаемого способа и устройства достигнут на примере сточных вод автотранспортного предприятия. Для очистки вод вводили в зону приготовления АВДВ гидрофибизированный вермикулитовый сорбент с массовым отношением сорбент: нефтепродукты равным 1:30, выдерживали АВДВ для стабилизации в течении 3 секунд, после чего с потоком очищаемой воды вводили АВДВ в камеру исполнительного устройства, в которой в течение 1,5 минут осуществлялась очистка сточных вод. Данные об исходном загрязнении и показателях очистки приведены в таблице.

Таблица
Показатели очистки сточных вод автотранспортного предприятия предлагаемым способом и устройством для его осуществления
Загрязняющие вещества	Содержание загрязняющих веществ в воде, мг/л
	До очистки	После очистки
Нефтепродукты	842	0,04
Взвешенные вещества	642	0,12

Степень очистки по нефтепродуктам в рассматриваемом примере составила 99,995%, а по взвешенным веществам - 99,98%.

Таким образом, реализация в одном объеме коагуляции, сорбции, пенной сепарации, флотации в активированной водной дисперсии воздуха в присутствии гидрофобизированного вермикулитового сорбента обеспечивает повышения скорости и эффективности процесса очистки промышленных технологических и сточных вод от вредных примесей. Конструкция устройства позволяет осуществлять очистку сточных вод по предлагаемому способу более эффективно при уменьшении размера устройства и занимаемой под него площади.

Источники информации

1. А.с. СССР №1263639, МКИ С02F 1/24. Способ очистки нефтесодержащих сточных вод. Опубл. - 1986. Бюл. №38.

2. Патент РФ 2160713, МКИ С02F 1/24. Опубл. 09.02.1999. Бюл. №35.

3. Патент РФ 2174961, МКИ С02F 1/24. Опубл. 29.10.1999. Бюл. №29.

4. Н.Ф.Мещеряков. Кондиционирующие флотационные аппараты и машины. - М.: Недра, 1990. - С.163-164.

5. Г.А.Голованов. Флотация Кольских апатитсодержащих руд. - М.: Химия, 1976. - С.166-203.