СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF WATER PURIFICATION FROM OIL CONTAMINANTS AND METAL COMPOUNDS

Изобретение относится к способам очистки сточных вод и может быть использовано в процессах очистки промышленных и бытовых сточных вод, в том числе содержащих  нефтепродукты.
В последние годы наблюдается значительное повышение в водах открытых водоемов содержания тяжёлых металлов, нефтепродуктов, трудноокисляемых органических соединений, синтетических поверхностно-активных веществ, пестицидов и других загрязнений вследствие сброса сточных вод промышленными и коммунальными предприятиями. Поэтому,  очистка сточных вод является одной из наиболее важнейших экологических задач современности, так как она тесно связана с охраной водных ресурсов.
Известен способ очистки сточных вод флотацией [Патент РФ №2327646, МПК B03D, Способ очистки сточных вод напорной флотацией.  2008],  включающий насыщение воды газом в сатураторе под давлением, сброс давления до атмосферного, флотирование взвешенных загрязняющих компонентов выделяющимися при сбросе давления пузырьками газа, отделение загрязнений от очищенной воды, причем  в сатураторе насыщают газом часть потока очищаемой и/или очищенной воды, после чего проводят дросселирование насыщенной газом воды с одновременным смешиванием с остальной частью очищаемой воды в эжекторе, с образованием на его выходе равномерно вспененной воды. Недостатками способа являются зависимость эффективности очистки от  гранулометрического и физико-химического состава загрязняющих взвешенных нерастворимых веществ, а также практически отсутствие очистки от органических веществ.
Известен также способ очистки сточных вод флотацией путем насыщения сточных вод воздухом или каким-либо растворенным в воде газом под давлением [Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. - М.: Химия, 1988, с. 60 - 76. 2.]. При уменьшении давления из очищаемой воды выделяется растворенный в ней газ в виде пузырьков. К  пузырькам прилипают тонкодисперсные гидрофобные вещества и в виде комплексов частица-пузырек всплывают, образуя пенный слой, который периодически или непрерывно удаляется в шламосборник.
Недостатком известного способа является низкая скорость флотации, связанная  с небольшими размерами пузырьков,  в связи с чем часть комплексов частица-пузырек  уносится потоком очищенной воды жидкости, что значительно снижает эффективность очистки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ очистки сточных вод флотацией, включающий очистку сточных вод флотацией, осуществляемой путем аэрации сточных вод пузырьками воздуха и других газов и дальнейшим отделением от воды образующихся флотокомплексов частица-пузырек [Ксенофонтов Б.С. Очистка сточных вод: флотация и сгущение. - М.: Химия, 1992, с. 44 - 46.]. При этом диспергирование воздуха и других газов в воде происходит механическим способом, например эжектированием воздуха за счет движения потока жидкости или при всасывании в зоне пониженного давления при вращении потока жидкости с помощью мешалки.  Образующиеся воздушные пузырьки соединяются  с частицами загрязнений, и обеспечивают процесс флотации. Однако,  отводимый очищенный водный поток захватывает часть загрязнений и комплексов «частица-пузырек», что приводит к снижению эффективности очистки сточных вод.
Задачей разработки нового способа очистки сточных являлось создание способа, обладающего высокой производительностью очистки сточных вод, возможностью удаления нерастворенных органических загрязнений и  устраняющим недостатки, связанные с отводом очищенной сточной воды из зоны флотации.
Техническим результатом заявляемого изобретения является  повышение эффективности и производительности процесса  очистки сточных вод.
Технический результат достигается тем, что в способе очистки загрязненной нефтепродуктами и соединениями  металлов воды,  включающий удаление загрязнений осаждением и флотацией  с последующей финишной очисткой воды  пропусканием ее через ионообменные смолы, отличающийся тем, что при флотации производят эмульгирование очищаемой  воды  путем ее ультразвуковой  обработки,  в качестве ионообменных смол используют  гранулы-катиониты,  гранулы-катиониты помещают в электроизолированный бункер, в периферийной  части которого располагают по крайней мере один,  охватывающий рабочую зону финишной очистки, электрод,  подключенный к положительному полюсу источника электрического питания,    а в центральной части упомянутой рабочей зоны очистки по крайней мере один электрод, подключенный к отрицательному  полюсу источника электрического питания.
Кроме того, возможны следующие дополнительные приемы выполнения способа:  ультразвуковую обработку воды  производят при частоте от  16-50 кГц,  а в зону финишной очистки воды  на упомянутые электроды подают электрический потенциал   от 12 до 36 В,  причем  используют гранулы-катиониты размерами от 1,3 до 2,5 мм; после удаления загрязнений флотацией  производят осветление воды фильтрацией; перед ультразвуковой обработкой производят  отделение грубодисперсных взвешенных частиц от воды отстаиванием с выпадением осадка.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.  Очистку воды как от промышленных, так и от бытовых загрязнений проводят в несколько стадий:  отстаиванием, флотацией, фильтрацией,  пропусканием ее через ионообменные смолы.  На первой стадии отделяют грубодисперсные взвешенные частицы от воды отстаиванием в многополочных отстойниках с подводом исходных сточных вод путем их струйного истечения. Предварительно очищенную  воду после отстаивания подают под давлением с помощью насоса, создающего избыточное давление 0,5... 1,0 МПа на стадию флотации. При этом при  очистке загрязненной воды  флотацией  проводят их ультразвуковую обработку при частоте от  16-50 кГц с образованием эмульсии из нерастворимых органических загрязнений (масло и нефтепродуктов), составляющих механическую смесь эмульсии с микрочастицами. На стадии флотации в результате взаимодействия эмульсии с микрочастицами с одной стороны и  пузырьков воздуха с другой происходит образование комплексов «частица-пузырек», причем пузырек образуется из эмульсии, содержащей микрочастицы загрязнений и загрязнения в виде нерастворенных органических загрязнений.  Далее,  сформировавшиеся макрофлотокомплексы «частица-пузырек» всплывают, создавая пенный слой, который удаляется с поверхности жидкости.
Финишная очистка воды   производится пропусканием ее через ионообменные смолы, причем в качестве ионообменных смол используют  гранулы-катиониты. Гранулы-катиониты помещают в электроизолированный бункер, в периферийной  части которого располагают по крайней мере один,  охватывающий рабочую зону финишной очистки, электрод,  подключенный к положительному полюсу источника электрического питания,    а в центральной части упомянутой рабочей зоны очистки по крайней мере один электрод, подключенный к отрицательному  полюсу источника электрического питания. В  зону финишной очистки воды  на упомянутые электроды,  расположенные в среде гранул-катионитов,  подают электрический потенциал   от 12 до 36 В,   причем  используют гранулы-катиониты размерами от 1,3 мм  до 2,5 мм.
2+
3+
2+
2+
Пример.  Загрязненная вода  с концентрацией органических нерастворимых продуктов (нефтепродуктов и масел с содержанием от  37 до 56  мг/л), взвешенных веществ различной дисперсности (от 214 до 367 мг/л) с содержанием ионов металлов  (от 51 до 76 мг/л никеля Ni,  от 42 до 56 мг/л хрома  Cr, от 66 до 78 мг/л меди  Cu, от 38 до 53 мг/л цинка Zn )  проводили в несколько  стадий одного непрерывного процесса:   отделением грубодисперсных взвешенных частиц от воды отстаиванием с выпадением осадка;  тонкодисперсных частиц флотацией  с ультразвуковой обработкой при частоте от  16-50 кГц с образованием эмульсии из нерастворимых органических загрязнений; осветлением воды фильтрацией, пропусканием через гранулы–катиониты при подаче в зону финишной очистки электрического потенциала от 12 до 36 В. Использовались следующие  варианты очистки:  1) параметры  ультразвуковой обработки: частота 14 кГц – неудовлетворительный результат (Н.Р.); частота 16 кГц –удовлетворительный результат (У.Р.);  частота 26 кГц –удовлетворительный результат (У.Р.);  частота 40 кГц –удовлетворительный результат (У.Р.); частота 50 кГц –удовлетворительный результат (У.Р.);   частота 55 кГц –неудовлетворительный результат (Н.Р.). 2)  размер гранул–катионитов:  1,0мм – Н.Р.;  1,3 мм – У.Р.;    1,8 мм – У.Р.;  2,2 мм – У.Р.; 2,5 мм – У.Р.;  3,0 мм – Н.Р.; (от 1,3 мм  до 2,5 мм - У.Р. 3) электрический потенциал в зоне финишной очистки от 12 В до 36 В. (10 В – Н.Р.; 12 В – У.Р.;  18 В – У.Р.;  24 В – У.Р.;  32 В – У.Р.; 36 В – У.Р.;   40 В – Н.Р.)
В результате очистки стоков по предлагаемому способу получили осветленную воду с концентрацией нефтепродуктов от 0, 45 до 0,83 мг/л и взвешенных веществ от 1, 57 до  2,46 мг/л,  что превышает эффективность очистки по сравнению с прототопом в 4..7 раз. Степень очистки от металлов составила, в среднем от 98,9 до 99,9 % при различных вариантах финишной очистки.  \ Сравнение производительности способа-прототипа с производительностью процесса по предлагаемому способу  показало превышение производительности очистки по предлагаемому способу в 2,4…3,7 раза.
Таким образом, использование технологии очистки воды ионов металлов  по предлагаемому способу, позволяет достичь поставленного в изобретении технического результата -  повысить эффективность и производительность процесса  очистки сточных вод.