УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к очистке пресной и морской воды, загрязненной, в том числе эмульгированными, нефтепродуктами, минеральными и пищевыми маслами, и может быть использовано для тонкой очистки сточных вод различных предприятий, а также пластовых и промысловых вод.
Известно устройство для очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами (патенты РФ №2014870, 2108429, 2237618, 22376180), где использована нефтеловушка, имеющая V-образное колено трубопровода, обращенное изогнутой частью вверх. Устройство подводящими и отводящими патрубками по системе сообщающихся сосудов объединяет две камеры с очищаемой и очищенной водой. В верхней части V-образного колена накапливаются всплывшие нефтепродукты. Посредством образовавшегося "взвешенного эмульгированного слоя" нефтепродуктов - очищающего элемента, происходит сорбция мелкодисперстных примесей из очищаемой сточной жидкости.
Недостатком таких конструкций является незначительная по объему внутренняя V-образная полость с пятном контакта взвешенного эмульгированного слоя нефтепродуктов, под которым проходит очищаемая жидкость. Такая конструкция не позволяет длительно накапливать и аккумулировать взвешенный эмульгированный слой, что приводит к постоянному жесткому контролю за его оптимальным количеством в объеме V-образной полости. Это отрицательно влияет на производительность устройства. Поэтому данная конструкция не может эксплуатироваться на больших объемах сточной жидкости или требует установки по параллельной схеме нескольких однотипных устройств, что ведет к удорожанию сооружения и усложнению дальнейшей его эксплуатации.
Известно также устройство для очистки воды от жидких нефтепродуктов, содержащее вертикальный корпус с зонами разделения, патрубки подачи очищаемой воды, отвода очищенной воды и нефтепродуктов и узел предварительной обработки (патент РФ №2206513 от 20.06.2003 г., МПК C02F 1/40). Данное устройство имеет невысокую эффективность очистки и не обеспечивает большую глубину
извлечения из объема очищаемой воды диспергированных нефтепродуктов. Очищаемая вода подвергается повторной эмульгации, дополнительному перемешиванию, декоагуляции и увеличению степени дисперсности. Последующая обработка образуемой мелкодисперсной суспензии на зонах разделения в виде гравитационных отстойников с гранулированным наполнителем разной фракции представляет трудноразрешимую проблему. Наличие на зонах разделения радиальных вертикальных ребер приводит к образованию на их поверхности пленочного эффекта, нефтепродукт пленкой стекает по ребрам, не подвергаясь коалесценции, что также снижает эффективность разделения. Кроме того, данное устройство имеет очень сложную конструкцию. Наиболее близкой по принципу действия из данного типа устройств для очистки воды является «Устройство для очистки воды от жидких нефтепродуктов» по патенту РФ №2272000 от 19.04.2004.
Однако комплексное решение задачи очистки вод от масел и нефтепродуктов требует разработки эффективных методов удаления не только нефтепродуктов, находящихся в свободном состоянии (плавающая пленка, слой, крупные капли), но и тонкодисперсных (эмульгированных) и растворенных нефтепродуктов. Наличие в водах устойчивых микро- и наноэмульсий, часто дополнительно стабилизированных поверхностно-активными веществами, существенно снижает эффективность известных механических, флотационных, коалесцентных и мембранных (ультрафильтрация) технологий, а также не позволяет достигать высоких степеней очистки адсорбционными методами как ввиду плохой кинетики сорбции нефтепродуктов в эмульгированном состоянии, так и в результате блокирования микро- и мезопор гидрофобных материалов, приводящего к резкому снижению адсорбционной емкости сорбентов и, следовательно, уменьшению срока их службы и увеличению стоимости водоочистки.
В связи с этим эффективное разрушение стабильных эмульсий "масло в воде" является необходимым условием как для обеспечения максимально возможной степени извлечения нефтепродуктов в процессах механической очистки, так и для предварительной подготовки к стадии глубокой очистки до уровня предельно допустимых концентраций с применением адсорбционных технологий.
Одним из наиболее эффективных и экономически приемлемых методов удаления эмульгированных нефтепродуктов является метод флокуляции/коагуляции,
направленный на нейтрализацию стабилизирующего эмульсию заряда и укрупнение диспергированных частиц в быстро оседающие или собирающиеся на поверхности агрегаты. Процесс очистки осуществляется путем добавления в воду, содержащую нефтепродукты, неорганических коагулянтов (обычно солей железа и алюминия) и/или синтетических полимерных флокулянтов, как катионного, так и неионного характера. Отделение осадка может осуществляться как отстаиванием, так и с применением флотации, фильтрации и других механических методов очистки.
Для достижения эффективного удаления эмульгированных нефтепродуктов при использовании неорганических коагулянтов требуется значительный расход реагентов, что приводит к образованию больших объемов труднофильтрующихся осадков. Упрощает процесс переработки загрязненных вод применение полимерных флокулянтов, позволяющих за счет снижения требуемой дозы реагентов сократить объем образующихся осадков при сохранении эффективности очистки. В ряде случаев наилучший результат достигается при совместном использовании коагулянта и флокулянта. На первой стадии добавление коагулянта в количестве, недостаточном для полной нейтрализации заряда, приводит к образованию мелких трудноосаждаемых флокул, которые связываются в большие агломераты путем добавления полимеров с высокой молекулярной массой на второй стадии.
В то же время известно, что даже среди катионных полиэлектролитов далеко не все полимеры обладают достаточно хорошими деэмульгирующими свойствами. Кроме того, для образования флокул часто требуется довольно продолжительное время (до нескольких часов), что не позволяет проводить очистку в потоке и требует дополнительных резервуаров для созревания флокул.
Известна установка по патенту РФ №2142416, МПК C02F 1/00, B01D 29/64, содержащая опорную раму, кожух слива, входной патрубок, полку отвода взвесей, фильтрующую поверхность из металлической сетки, шнек для выгрузки взвесей, приводной механизм. Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности комплексного решения ряда технологических задач и обеспечения высоких экологических показателей установки.
Преимущество всех органических деэмульгаторов (полиамины, полиакрилаты и их замещенные сополимеры) заключается в значительно меньшем вводимом количестве в очищаемую воду и значительно меньшем количестве образующихся
при этом шламов, однако их существенными недостатками являются токсичность, канцерогенность и бионеразлагаемость.
Известно способ очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов, используемый для тонкой очистки пластовых и промысловых вод (патент РФ №2179953, опубл. 27.02.2002). Устройство для реализации этого способа включает пропускание воды с заданными скоростями сначала через слой гидрофобного сорбента, в качестве которого используют горелую породу с определенным размером частиц, затем гидрофильного - хлопкосодержащего. Очистку ведут до получения определенного соотношения между массой сорбируемой нефти и массой используемого сорбента. Способ обеспечивает высокую степень очистки, но неприемлем для вод с повышенным содержанием нефтепродуктов (выше 100 мг/л) и чрезвычайно длителен.
Известен способ очистки сточных вод и вод хозяйственно-питьевого и промышленного назначения от нефтепродуктов, коллоидных частиц, органических соединений и поверхностно-активных веществ, при котором воду обрабатывают в непрерывном режиме смесью коагулянта с флокулянтом и активирующей добавки в виде газообразного реагента (воздуха, кислорода или озона) или жидкого реагента (катионный полиэлектролит, растворы неорганических солей или поверхностно-активных веществ или высокомолекулярные соединения или их смеси) и дополнительно воздействуют упругими колебаниями с последующим флотационным или фильтрационным удалением образовавшегося осадка (патент РФ №2214972, опубл. 27.10.2003). Устройства для реализации данного способа требуют специального оборудования, при этом он энергозатратен, длителен, применим для вод со средней степенью загрязнения (по нефти до 200 мг/л) и недостаточно эффективен.
Известен двухстадийный способ очистки от эмульгированных примесей сточных вод птице -, рыбо-животноводческих ферм, включающий на первой стадии обработку сточных вод катионным полиэлектролитом, нейтрализующим заряд коллоидных частиц, а на второй стадии анионным или неионным флокулянтом с высоким молекулярным весом. Первым может быть природный катионный полимер - хитозан, а вторым - синтетический полимер, преимущественно полиакриламид или его производные с высоким молекулярным весом. При этом в зависимости от типа очищаемой сточной воды изменяются как используемые природные флокулянты,
так и порядок их добавления: для эффективной очистки вод птицефабрик после прибавления раствора хитозана вводят ксантогенированную смолу, для очистки вод рыбохозяйств требуется введение в качестве природного флокулянта совместно с хитозаном бентонита и последующее введение альгината, а для очистки вод свиноводческих ферм существенным являются свойства воды, и в зависимости от этого добавление альгината осуществляют как до, так и после введения хитозана, при этом при амфотерности вод дополнительно вводят еще и бентонит.
Наиболее близким по устройству и принципу действия является «Способ очистки воды от нефтепродуктов» по патенту РФ №2279405 от 10.07.2006, МПК C02F 1/54, C02F 1/58, C02F 101/32.
Способ включает обработку вод растворимым катионным полимером на основе полиакриламида с молекулярным весом выше 1 млн при постоянном перемешивании, последующее отстаивание очищаемого раствора для формирования и осаждения образовавшихся флокул, а затем при необходимости глубокой очистки - удаление из отстоянной воды растворимых углеводородов путем пропускания ее через адсорбенты, в качестве которых могут быть использованы гидрофобные сорбенты типа гранулированного или порошкообразного углерода, смолы и микропористые полимеры.
Однако из-за невысокой скорости образования флокул способ не дает возможности проводить процесс очистки в непрерывном режиме, так как требуется время для созревания флокул, обеспечиваемое стадией отстаивания воды. Кроме того, применение в качестве флокулянта полиакриламидного полимера с высокой плотностью заряда предъявляет особые требования к его дозировке, при превышении которой происходит рестабилизация эмульсии и, как следствие, нулевая эффективность очистки. Необходимо также принимать во внимание токсичность полиакриламидных флокулянтов, загрязняющих очищенную воду, и их недостаточную эффективность для очистки вод, содержащих стабилизированные нефтяные эмульсии.
Недостатком устройств, реализующий данный способ, является отсутствие отрицательной обратной связи, что исключает автоматическое поддержание вредных веществ на выходе установки ниже предельно допустимых значений концентраций. Кроме того, для данного устройства характерен существенный недостаток,
заключающийся в невозможности поддержания автономного заданного режима дозирования хитозана.
Задача полезной модели является расширение диапазона технических характеристик установки для очистки воды.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в возможности реализации длительного времени непрерывной работы устройства за счет реализации отрицательной обратной связи, что позволяет автоматически поддерживать содержание вредных веществ ниже предельно допустимых значений концентраций, задаваемых техническими и санитарными нормами.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для очистки воды, состоит из системы подачи очищаемой воды, системы нейтрализации и системы фильтрации. При этом система нейтрализации включает дозатор и бак с нейтрализующим веществом, между которыми установлены нормально закрытые электро-гидроклапаны, а система фильтрации выполнена двухступенчатой и включает фильтры грубой и тонкой очистки, которые имеют независимые выходы для слива очищенной воды, между которыми установлен нормально закрытый электрогидро-клапан, при этом на выходе каждой ступени установлены датчики концентрации вредных веществ, электрически связанные с цепью питания соответствующих электрогидроклапанов системы нейтрализации, причем на выходе фильтра грубой очистки установлен ручной вентиль.
На рисунке изображено устройство для очистки воды,
где: 1 - емкость с водой;
2 - насос;
3 - дозатор;
4 - бак с нейтрализирующим веществом;
5 - электрогидроклапан системы грубой очистки;
6 - электрогидроклапан системы тонкой очистки;
7 - фильтр грубой очистки;
8 - фильтр тонкой очистки;
9 - межфильтровой электрогидроклапан;
10 - ручной вентиль;
11 - датчик фильтра грубой очистки;
12 - датчик фильтра тонкой очистки.
Устройство для очистки воды состоит из системы подачи очищаемой воды, системы нейтрализации и системы фильтрации.
В свою очередь системы подачи очищаемой воды включает емкость 1 с очищаемой водой и насоса 2 для подачи ее под давлением для очистки.
Система нейтрализации включает дозатор 3 и бак с нейтрализующим веществом 4, между которыми установлены нормально закрытые электрогидроклапаны 5 и 6.
Система фильтрации выполнена двухступенчатой и включает фильтры грубой 7 и тонкой 8 очистки, между которыми установлен нормально закрытый электрогидроклапан 9. В качестве фильтра грубой очистки 7 может быть использован гидрофильный сорбент типа цеолита или кварцевого песка, а в качестве фильтра тонкой очистки - гидрофобный сорбент типа активированного угля или фильтрующей засыпки, состоящей из 2-х слоев гидрофобизированного алюмосиликата.
Каждый фильтр имеет независимые выходы для слива очищенной воды, причем на выходе фильтры грубой очистки 7 установлен ручной вентиль 10. На выходе каждой ступени установлены датчики концентрации вредных веществ 11 и 12, которые электрически связанные с цепью питания соответствующих электро-гидроклапанов 5 и 6 системы нейтрализации.
Работает устройство следующим образом.
Любую емкость 1 наполнить загрязненной водой. Перед включением установки необходимо открыть ручной вентиль 10. С помощью насоса 2, погруженного в емкость 1, загрязненная жидкость начинает поступать по трубопроводу в фильтр грубой очистки 7. В случае превышения концентрации вредных веществ в загрязненной воде выше предельно допустимого значения технической концентрации, срабатывает датчик фильтра грубой очистки 11, который подает управляющий сигнал на срабатывание электрогидроклапана системы грубой очистки 5 и межфильтрового электрогидроклапана 9, который подключает к работе фильтр тонкой очистки 8. При этом дозатор 3 добавляет некоторое количество нейтрализующего вещества в поток жидкости и полученная смесь поступает на стадию фильтрации.
В качестве нейтрализующего вещества может быть использован хитозан, который
из-за сродства к гидрофобным веществам позволяет также частично удалять из очищаемой воды и растворимые углеводороды, повышая тем самым степень очистки, но и за счет используемых типов сорбентов, которые, в свою очередь, дополнительно интенсифицируют разрушение микро - и наноэмульсий на стадиях фильтрации, обеспечивая совместно с используемым флокулянтом-хитозаном максимальную глубину очистки в заявляемом способе
Поток очищаемой воды проходит через фильтр грубой очистки 7, затем через фильтр тонкой очистки 8.
Если необходимости в потреблении технической воде нет, то вентиль 10 необходимо закрыть.
На выходе устройства установлен датчик 12, который контролирует окончательную степень очистки воды. Она не должна превышать предельное допустимое значение санитарной концентрации вредных веществ в очищенной воде. В случае превышения данного значения срабатывает датчик 12, который подает управляющий сигнал на срабатывание электрогидроклапана системы тонкой очистки 6. При этом в поток жидкости на начальной стадии очистки через дозатор 3 подается дополнительное количество хитозана.
Таким образом, использование для очистки эмульгированных нефтесодержащих вод предлагаемого флокулянта - природного хитозана позволяет непосредственно после его введения в поток исходной воды направить очищаемые воды на стадию фильтрации, минуя стадию отстоя, что приводит к интенсификации процесса очистки.