МАЛООТХОДНЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ (ВАРИАНТЫ)
LOW-WASTE METHOD FOR REMOVING WEIGHED PARTICLES FROM WATER (OPTIONS)

Область техники.
Изобретение относится к области промышленности и экологии, а именно к способам очистки воды от взвешенных эмульгированных частиц и иных нерастворимых примесей.
Уровень техники.
Быстрое развитие различных отраслей промышленности, такой как химическая, нефтедобывающая, металлургическая, влечет за собой образование значительных объемов сточных вод, загрязненных различными химическими веществами, в том числе эмульгированными и взвешенными, которое все время увеличивается. Повышение требований к качеству очищенных сточных вод, а также тяжелая экологическая ситуация в мире обуславливает широкое применение разнообразных методов их очистки.
Сточные воды различных предприятий содержат значительные количества нерастворимых соединений, некоторые из которых являются токсичными и вредными для здоровья человека, и очистка таких вод является приоритетным направлением в настоящее время.
Из источника (SU 1368266 А1, 23.01.1988) известен способ очистки сточных вод от взвешенных частиц. Изобретение позволяет повысить степень очистки, интенсифицировать процесс за счет увеличения скорости флотации и снизить влажность осадка. Очистку осуществляют путем обработки воды сульфатом алюминия, флотореагентом и полиакриламидом с последующим отделением осадка флотацией. Отделенный осадок обезвоживают фильтрацией.
Из источника (RU 2165899 С1, 27.04.2001) известны способы очистки сточных вод от взвешенных частиц. Для отделения взвешенных частиц из сточных вод используют следующие методы: отстаивание в поле сил гравитации, отстаивание в поле центробежных сил, флотация и фильтрация через слой взвешенного осадка и зернистого материала. Предпочтительно отстаивание в поле центробежных сил и фильтрацию через ткань применяют при обработке малых объемов сточных вод, когда существенно выделить и сохранить получаемый осадок. Флотацию в основном применяют при необходимости удаления легких и высокодисперсных взвесей, медленно оседающих в поле гравитационных или центробежных сил, но легко удаляющихся совместно с пузырьками проходящего через жидкость газа при наличии в жидкости веществ, изменяющих смачиваемость частиц взвеси. Фильтрацию через слой зернистого материала проводят при окончательной очистке сточных вод, предварительно очищенных другими способами.
3
2
Из источника (RU 2195436 С2, 27.12.2002) известны способы очистки сточных вод от взвешенных частиц. Изобретение используется для обезвоживания осадка, образующегося при очистке сточных вод с помощью фильтр-прессов, прежде всего камерных и мембранных фильтр-прессов, с применением при кондиционировании осадка водорастворимых полиэлектролитов в качестве коагулянтов. Способ заключается в том, что коагулированный осадок сточных вод загружают в пластинчатый фильтр с начальной производительностью по загружаемому материалу не менее 0,3 мосадка на 1 м площади фильтрующей поверхности в час. В пластинчатом фильтре гидростатической фильтрацией от обработанного коагулированного осадка сточных вод отделяют основное количество воды и после этого частично обезвоженный осадок сточных вод подвергают напорной фильтрации.
Из источника (RU 2039709 С1, 20.07.1995) известен способ очистки сточных вод от взвешенных частиц в устройстве, включающем трубопроводы подачи жидкости и воздуха, фильтр, флотатор, узел сбора флотошлама, ультрафильтрационный мембранный аппарат, емкость осветленной жидкости и соединительные трубопроводы, причем устройство снабжено циркуляционным и подпитывающим насосами, соединенными с емкостью осветленной жидкости и мембранным аппаратом, эжектором и центробежным насосом, соединенными с входом флотатора, при этом флотатор снабжен переливным устройством, соединенным с емкостью осветленной жидкости. При работе ультрафильтрационного аппарата часть потока постоянно сбрасывается в емкость осветленной жидкости, тем самым достигается постоянное выравнивание состава в емкости и рециркуляционном контуре, в которых содержание улавливаемых веществ постоянно снижается за счет отвода части циркулирующей жидкости на флотацию.
Из источника (RU 2001663 С1, 30.10.1993), принятого за ближайший аналог, известен способ очистки сточных вод от взвешенных веществ. Способ включает осветление сточных вод с отделением осветленной жидкости от шлама, доочистку осветленной жидкости (фильтрацию и ультрафильтрацию осветленной жидкости при скорости потока 3-8 м/с и давлении 0,35-0,55 МПа), возврат концентрата на стадию осветления. При этом шлам подвергают отжиму и сушке, а воду, полученную при отжиме шлама, также возвращают на стадию осветления.
Предложенный авторами способ является более энергоэффективным (низкая энергоемкость) и ресурсосберегающим (практически полное использование воды, отсутствие жидких стоков), менее материалоемким. Кроме того, в способе-прототипе шлам образуется в отстойнике, что требует значительного объема отстойника (объем отстойника должен быть не менее двухчасовой производительности фильтровального оборудования и может достигать 6…8-кратной производительности), при нахождении шлама в отстойниках происходит старение осадка и уплотнение его структуры, что также увеличивает расход электроэнергии на работу шламового насоса и усложняет работу фильтр-пресса. Флотошлам при прочих равных условиях имеет меньшую влажность и более пористую структуру, что также улучшает энергоэффективность процесса очистки. Кроме того, флотируемые частицы поднимаются в 5-10 раз быстрее, чем оседают в отстойниках/осветлителях, что также существенно снижает материалоемкость, продолжительность очистки и капзатраты.
Основным отличием предлагаемого способа от прототипа является применение флотатора на стадии отделения шлама. Такое решение позволяет удалять не только легкооседающие нерастворимые примеси (как отстойник), но и примеси с положительной или нулевой плавучестью, наиболее характерные для открытых водоисточников и сточных вод с содержанием нефтепродуктов и др. нерастворимых примесей органического происхождения.
Таким образом, задачей, на которую направлено настоящее изобретение, является устранение недостатков предыдущего уровня техники.
Технический результат заключается в создании энергоэффективного, малоотходного, менее материалоемкого, а также более быстрого способа очистки воды от эмульгированных и взвешенных легкооседающих частиц и примесей с положительной или нулевой плавучестью, обеспечивающего объем сбрасываемых промывных вод до 1-5% от объема очищаемой воды. Определенная комбинация технологических приемов и режимов очистки воды приводит к эффективной очистке воды от нерастворимых примесей и практически полному отсутствию жидких сбросов при этом. Объем сбрасываемых промывных вод составляет до 1…5% от объема очищаемой воды. Также для способа характерно низкое влагосодержание отходов, высокое качество очищенной воды, низкие удельные затраты электроэнергии. Результатом также является расширение ассортимента способов очистки воды.
Технический результат достигается посредством предложенного малоотходного способа очистки воды от взвешенных и эмульгированных веществ, который заключается в том, что исходная вода, содержащая взвешенные, эмульгированные вещества и нерастворимые частицы, подается на флотационную установку, разделяющую поток на осветленную воду и флотошлам, осветленная вода проходит доочистку на установке микро- либо ультрафильтрации, работающих в тангенциальном или в тупиковом режиме, определяемом в зависимости от содержания и характера взвешенных веществ, при низких рабочих давлениях в тупиковом режиме или с низким коэффициентом рециркуляции, промывные воды стадии доочистки подаются на вход флотационной установки, флотошлам направляется на обезвоживание, где получают твердые отходы, которые выводятся из цикла, и воду, при этом полученная на стадии обезвоживания вода подается на вход флотационной установки.
Также предложен второй вариант осуществления способа, в котором исходная вода, содержащая взвешенные, эмульгированные вещества и нерастворимые частицы, подается на установку микро- либо ультрафильтрации, разделяющую поток на очищенную воду и промывные воды, которые подаются на флотационную установку, разделяющую поток на осветленную воду и флотошлам, осветленная вода проходит доочистку на установке микро- либо ультрафильтрации, флотошлам направляется на обезвоживание, где получают твердые отходы, которые выводятся из цикла, и воду, при этом полученная на стадии обезвоживания вода подается на вход флотационной установки или установки микро- либо ультрафильтрации.
Установка микро- либо ультрафильтрации во втором случае также работает в тангенциальном или в тупиковом режиме, определяемом в зависимости от содержания и характера эмульгированных, взвешенных веществ и нерастворимых частиц, при низких рабочих давлениях в тупиковом режиме или с низким коэффициентом рециркуляции.
Раскрытие изобретения.
Предложенное изобретение поясняется с помощью фиг. 1, на которой изображена принципиальная схема осуществления способа для варианта №1.
Исходная вода 1 (поверхностная, подземная, сточная либо любого иного происхождения), содержащая подлежащие удалению нерастворимые примеси, в том числе и нефтесодержащие, подается на стадию флотации 2. Флотация может производиться любым известным методом: напорная, импеллерная, пневмо-, электро-, мембранная либо др. Необходимость, тип и дозировки флотореагентов (коагулянт, флокулянт, ПАВ и др.) определяется в зависимости от состава исходной воды, т.е. в каждом конкретном случае выбирается наиболее эффективный для данного вида загрязнения флотореагент, в случае необходимости его использования. В результате протекания процессов флотации образуется флотошлам, который направляется на стадию обезвоживания 3. Возможные методы обезвоживания включают, но не ограничиваются, фильтр-прессы, ленточные фильтры, центрифуги, барабанные вакуум-фильтры или иные методы сгущения и обезвоживания осадков. Также возможна комбинация указанных методов обезвоживания. Образуемая на стадии обезвоживания 3 осветленная вода подается на вход стадии 2 флотационной установки, а образующиеся твердые отходы 5 выводятся из цикла. Осветленная на стадии флотации 2 вода проходит доочистку на установке микро- либо ультрафильтрации, работающей в тангенциальном или в тупиковом режиме, определяемом в зависимости от содержания и характера взвешенных, эмульгированных веществ и нерастворимых примесей, при низких рабочих давлениях в тупиковом режиме или с низким коэффициентом рециркуляции. Фильтрат стадии 4 является очищенной водой 6, а концентрат подается на вход стадии 2 флотационной установки.
Использование низкого рабочего давления в тупиковом режиме или низкого коэффициента рециркуляции является существенным, поскольку эти особенности способствует снижению энергоемкости процесса разделения.
Рабочее давление выбирается исходя из состава исходной воды и оптимизируется опытным путем, может быть как низким (0,2-0,5 атм), так и высоким (до 5 атм при использовании особопрочных мембранных элементов).
При низком трансмембранном давлении образуется менее плотный и более легкоудалимый с мембран осадок. Высокий коэффициент рециркуляции также требует дополнительного расхода энергии циркуляционным насосом.
В тупиковом режиме, как следует из его названия, циркуляции нет. Весь поток направляется на мембрану для фильтрации. Циркуляция присутствует в тангенциальном режиме. Низкий коэффициент циркуляции характерен для высокой степени отбора фильтрата (Z) по отношению к поступающему на вход в аппарат потоку (X+У) в процессе фильтрации, X>>Y; Z/(X+У)→1
Коэффициент (кратность) циркуляции - отношение потока на входе в аппарат (сумма добавочного потока X и возвращаемого потока У) к добавочному потоку X (см. фиг. 2)
K=(X+Y)/X
Коэффициент циркуляции зависит от концентрации эмульгированных, взвешенных веществ и иных примесей в исходной воде и их природы.
На фиг. 3 изображена принципиальная схема осуществления способа для варианта №2.
Исходная вода 1, содержащая подлежащие удалению нерастворимые примеси, подается на установку микро- либо ультрафильтрации 2. разделяющую поток на очищенную воду 6 и промывные воды. Промывные воды далее подаются на флотационную установку 4. Флотация может производиться теми же методами и с использованием тех же флотореагентов, что указаны ранее, в случае необходимости их использования. На флотационной установке 4 поток разделяют на осветленную воду и флотошлам. Флотошлам затем направляется на стадию обезвоживания 3. Возможные методы обезвоживания аналогичны вышеуказанным. Образуемая на стадии обезвоживания 3 осветленная вода проходит доочистку на стадии 2 микро- либо ультрафильтрации. Образующиеся после стадии обезвоживания 3 твердые отходы 5 выводятся из цикла. Полученная на стадии обезвоживания 3 вода подается на вход флотационной установки 4 или установки микро- либо ультрафильтрации 2. Все установки работают в режимах, аналогичных способу №1.
Способы опробованы на практике. Проведена очистка сточной воды станции водоподготовки с использованием предложенных способов.
Характеристики предложенных способов очистки приводятся в табл. 1, 2.
Таким образом, предложенная комбинация технологических приемов приводит к эффективной очистке воды от эмульгированных, взвешенных частиц и нерастворимых примесей и практически полному отсутствию жидких сбросов при этом, что видно из табл. 1, 2. Для способов характерна высокая производительность, низкое влагосодержание отходов, высокое качество очищенной воды, низкие удельные затраты электроэнергии, т.е. способы являются энергоэффективными. Способы могут найти применение в области экологии при очистке загрязненных вод.