СПОСОБ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
PROCESS WATER PURIFICATION METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к способам переработки щелочных нефтесодержащих отходов на производственных объектах, и может быть использовано, например, в ремонтном производстве подвижного состава железных дорог, в частности, колесно-роликовом цехе.
В вагоноремонтных депо остро стоит проблема утилизации технологической воды, образующейся в больших количествах при обмывке загрязненных узлов подвижного состава. Наиболее высокую концентрацию и сложный состав загрязнений имеет технологическая вода в результате обмывки колесных пар и буксовых узлов. После обмывки вода насыщается компонентами железнодорожной смазки ЛЗ-ЦНИИ, содержащей нефтепродукты, щелочные поверхностно-активные вещества, а также твердыми загрязнениями, смытыми с поверхностей узлов. Нефтепродукты удерживаются в воде в виде стойкой эмульсии за счет растворенных поверхностно-активных веществ. Сбор такой воды осуществляется в специальные резервуары для последующего вывоза на утилизацию, которая на самом предприятии не производится. Ввиду высокой стоимости утилизации отходов такого типа, в депо решается задача по уменьшению их объема с помощью локальных очистных сооружений.
Из уровня техники известна «Станция очистки оборотной воды после мойки механических устройств» (Патент RU 2347753 от 27.02.2009 Бюл. №6). Это устройство использует флотационные методы очистки, требующие применения большого количества реагентов, а также специальной квалификации персонала по приготовлению рабочих растворов. При этом из воды не удаляются растворимые вещества, не вступающие в реакцию с реагентами, в результате чего степень очистки воды, сбрасываемой в канализацию, оказывается недостаточной, и объем утилизируемой воды при прочих равных условиях сокращается.
Известен «Способ очистки сточных вод, содержащих эмульгированные нефтепродукты» (Патент RU 2156225 от 20.09.2000 Бюл. №26). Способ заключается в пропускании очищаемой воды через адсорбент определенного состава, который и является предметом изобретения. Этот способ также требует применения расходных материалов.
Такого недостатка лишены безреагентные методы очистки, основанные на физических принципах, например, осмос или дистилляция. Однако осмос требует применения дорогостоящего оборудования и расходных материалов, а также неэффективен при очистке высококонцентрированных вод. Дистилляция лишена всех перечисленных недостатков, но требует для своего проведения большого количества энергии, что ограничивает ее применение. Для борьбы с этим недостатком разработаны различные подходы, такие как использование бросового тепла, повторное использование выделившейся энергии в процессе дистилляции, либо ее дальнейшее применение в иных технологических процессах.
Из уровня техники известно «Устройство для термодистилляционной очистки воды» (Патент RU 2499769 от 27.04.2013 Бюл. №33). Это устройство использует бросовое тепло от металлургических процессов. Однако большинство предприятий не располагают большим количеством бросового тепла, поэтому такой способ не подходит для широкого применения.
Наиболее близким к заявленному изобретению является «Устройство для очистки технологических или промышленных сточных вод» (патент №2429896, МПК B01D 1/28 B01D 5/00 C01F 1/04 от 27.09.2011. Бюл. №27). Устройство для очистки технологических или промышленных сточных вод имеет испаритель, содержащий теплообменник с пучком труб, сторона с чистым дистиллятом которого соединена с сепаратором для отделения дистиллята от всплывающей органической фазы или подобных свободных компонентов жидкости. Сепаратор и находящийся в испарителе теплообменник расположены и/или без обвода соединены друг с другом таким образом, что уровни жидкости в сепараторе и в испарителе переходят вровень один в другой. Сепаратору придано устройство регулирования уровня, которое при понижении уровня жидкости открывает клапан для сброса давления и при превышении уровня жидкости закрывает клапан для сброса давления.
Реализованный в данном устройстве способ и само устройство приняты в предлагаемом изобретении за прототип. Устройство-прототип не требует применения реагентов, имеет возможность работы в автоматическом режиме, отличается пониженными энергозатратами
Однако данному способу и устройству присущи следующие недостатки.
1. Так как водяной пар является коррозионно-активной средой и, судя по описанию, проходит через точные механические узлы компрессора, то конструкция последнего должна отвечать жестким технологическим требованиям, что приводит к высокой стоимости оборудования.
2. Сосуды, работающие под давлением, имеют повышенные требования к прочности и подлежат надзору со стороны государственных регулирующих органов, что также приводит к увеличению затрат на их производство, обслуживание и очистку от отложений. Несоблюдение этих требований может привести к серьезным аварийным ситуациям.
Перечисленные недостатки могут свести «на-нет» экономический выигрыш от достигнутого за счет применения компрессорной установки.
Цель изобретения - упрощение конструкции оборудования, оптимизация энергопотребления, снижение влияния вредных факторов.
Указанная цель достигается тем, что способ очистки технологической воды путем отстаивания и слива нефтепродуктов с последующей дистилляцией водной фазы дополнен тем, что, согласно изобретению, слой водной фазы отделяют при отстое путем контроля значений электропроводности, фиксируя граничные уровни между неводной и водной фазами градиентами электропроводности, а также тем, что подогревая водную фазу до кипения от дополнительного источника энергии, производят конденсат с отдачей выделяющейся тепловой энергии в среду буферной воды с возможностью снабжения теплом местных потребителей; устройство очистки технологической воды, выполненное, например, в виде последовательно соединенных трубами подвода-отвода отстойника для разделения отходов на жидкую и твердую фракции, испарителя, обеспечивающей получение концентрированного раствора соли и водяного пара, конденсатором для конденсации пара и сборником очищенной воды, при этом упомянутый отстойник другим своим выходом соединен с емкостью для сбора нефтепродуктов; устройство дополнено, согласно изобретению, емкостью буферной воды с присоединенными к ней местными потребителями тепловой энергии, датчиками электропроводности, установленными на верхнем и нижнем уровнях водной фазы в емкости отстоя, при этом выходы датчиков верхнего и нижнего уровня связаны соответственно с приводами задвижек наполнения и слива отстойника, а испаритель снабжен также датчиками верхнего и нижнего уровня, связанными соответственно с приводами задвижек наполнения испарителя и слива концентрата соли.
На фигуре приведена схема, иллюстрирующая предлагаемые способ и устройство.
Устройство, реализующее способ очистки технологической воды, например, очистки воды моечных машин колесно-роликового цеха вагоноремонтных депо, содержит отстойник 1 с датчиками электропроводности верхнего 2, и нижнего 3 уровня заполнения, задвижками слива 4 и наполнения 5, испаритель 6, соединенный с отстойником 1 через задвижку слива 4, и оборудованный датчиками верхнего 7 и нижнего 8 уровня, конденсатор 9, сборник очищенной воды 10, который присоединен к испарителю 6 через конденсатор 9. Конденсатор 9 при этом помещен в буферную емкость 11, заполненную водой, которая отдает тепло теплоносителю для снабжения местных потребителей тепла, к которым относятся как сами моечные машины 12, так и иные потребители, например, бытовой водопровод 13 и системы обогрева 14. Теплоноситель нагревается от воды в буферной емкости в теплообменниках 15 и 16, циркулируя в контуре с помощью насосов 17 и 18. Отходы очистки, такие как концентрат соли, твердые фракции и нефтепродукты собираются в сборники 19, 20, 21 соответственно. На схеме условно не показан источник тепла, расположенный в испарителе 6, и представляющий собой, например, электрический нагреватель или теплообменник, подающий в испаритель тепловую энергию от сжигания топлива.
Цикл работы устройства начинается с того, что подлежащая очистке технологическая вода поступает в отстойник 1 через открытую в исходном состоянии моторизованную задвижку наполнения 5 до достижения датчика электропроводности 2, срабатывающего при достижении электропроводящей технологической водой верхнего уровня отстойника 1. По сигналу с датчика верхнего уровня 2 задвижка наполнения 5 закрывается, и включается таймер, настроенный на время, необходимое для оседания твердых включений и формирования слоя нефтепродуктов на поверхности водной фазы. После его срабатывания по сигналу таймера открывается моторизованная задвижка слива 4, и электропроводящая водная фаза, находящаяся под слоем нефтепродуктов, самотеком стекает в испаритель 6 до достижения ее верхней границей уровня нижнего датчика электропроводности 3. Датчик 3 оказывается погруженным в не проводящую электричество среду нефтепродуктов, что приводит к потере его сигнала, вследствие чего моторизованная задвижка слива 4 закрывается. Таким образом при каждом цикле наполнения-слива отстойника 1 не проводящие электричество нефтепродукты накапливаются на поверхности электропроводящей водной фазы, поэтому уровень их верхней границы в наполненном состоянии отстойника 1 повышается относительно датчика электропроводности верхнего уровня 2, и в определенный момент достигает сливного отверстия, через которое излишки отделившихся нефтепродуктов по трубопроводу стекают в сборник 21. В нижней части отстойника 1 скапливаются твердые частицы, которые также периодически могут сбрасываться в сборник 20. После заполнения испарителя 6 включается нагрев и начинается испарение воды из водной фазы с образованием концентрата соли, который по окончании процесса (достижении водной фазой датчика нижнего уровня 8) сливается в сборник 19. Выделяющийся при этом водяной пар поступает по трубопроводу в конденсатор 9, конденсируясь на его стенках и вытесняя образовавшуюся воду в сборник очищенной воды 10. Тепло, получаемое при конденсации, передается через стенки конденсатора 9 в воду, заполняющую буферную емкость 11, нагревая ее. В периоды высокой нагрузки на энергосети, например, утром местные потребители 12 снабжаются тепловой энергией с помощью теплоносителя, получающего тепло от нагретой в буферной емкости 11 воды через теплообменник 15 за счет насоса циркуляции 17.
Предложенное изобретение выгодно отличаются от прототипа тем, что
- отсутствует компрессор и иные точные механические узлы, неустойчивые к действию коррозионно-активной среды (водяного пара);
- работа установки происходит под давлением, близким к атмосферному, что упрощает и удешевляет производство и обслуживание ее узлов, снижает опасность для рабочего персонала и устраняет необходимость надзора со стороны контролирующих органов;
- четкое различение границы водной фазы позволяет автоматизировать работу оборудования за счет контроля наличия подлежащей очистке воды;
- снижение нагрузки на энергоснабжающие сети (электроэнергия, пар) за счет аккумуляции тепла в часы минимальной нагрузки на сеть для использования местными потребителями, например, в часы пиковых нагрузок;
За счет перечисленных преимуществ достигается заявленный технический результат: упрощение конструкции, оптимизация энергопотребления, снижение влияния вредных факторов.
Реализация предложенного способа и устройства позволит достигнуть экономического эффекта порядка 2,6 млн. рублей в год на одно типовое вагоноремонтное депо в ценах 2018 г. Экономический эффект складывается из сокращения объема отходов и, соответственно, стоимости утилизации (около 1,5 млн. руб. в год), а также из переноса энергопотребления в ночное время за счет накопления тепловой энергии с оплатой по сниженному тарифу (около 1,1 млн. руб. в год). Расчеты по количеству образующихся и утилизируемых отходов, а также стоимости их утилизации опубликованы авторами сборнике в материалов конференции (Малиновский Ю.Г., Ахмеджанов Р.А., Реутова О.А. Очистка и утилизация сточных вод железнодорожных вагоноремонтных депо // Омские научные чтения: материалы Всероссийской научно-практической конференции (Омск, 11-16 декабря 2017 г.). Омск: Изд-во Ом. гос. ун-та, 2017. С. 1118-1120.).