ЭЛЕКТРОФЛОТАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области очистки сточных вод флотацией с целью извлечения эмульгированных и диспергированных загрязняющих веществ и может быть использована для очистки сточных вод нефтедобывающих и нефтехимических предприятий.
Известен электрофлотатор для очистки сточных вод с электродными блоками, состоящими из графитового анода и стального катода, выполненного в виде пакета сеток (Патент РФ №2102330). Недостатком изобретения являются высокие энергозатраты.
Наиболее близким техническим решением задачи является электрофлотатор с электродами, выполненными в виде цилиндрических графитовых анодов и проволочных медных катодов, образующих коаксиальную поверхность относительно анода (Патент №1474096). Недостатком изобретения являются высокие энергозатраты.
Задачей полезной модели является существенное уменьшение затрат электроэнергии на очистку сточных вод.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
В электрофлотаторе для очистки сточных вод, содержащем прямоугольный корпус, патрубки подвода и отвода воды, отвода пены, пеносборную перегородку, устройство вывода очищенной воды, электродный блок согласно полезной модели электродный блок состоит из электроположительной пластины, расположенной у дна аппарата, и параллельных проволок из электроотрицательного материала, образующих несколько групп, количество которых равно количеству трапеций пеносборной перегородки, причем между электроположительными и электроотрицательными электродами подключены светодиодные индикаторные лампы. Электроположительная пластина выполнена из коксопековой композиции, а электроотрицательные проволоки выполнены из магния.
На фигуре приведен эскиз электрофлотатора.
Электрофлотатор содержит корпус 1 прямоугольной формы, вертикальные перегородки 2 и 3, пеносборную перегородку 4, устройство вывода очищенной воды 5, устройство 6 вывода пены. У дна электрофлотатора расположен электродный блок из двух электродов электроположительной пластины 7, выполненной из коксо-пековой композиции, и электроотрицательных параллельных проволок 8, выполненных из магния. Магниевые проволоки расположены вблизи осевой линии каждой трапеции пеносборной перегородки 4. Все магниевые проволоки объединены общим токопроводом 9. Между электродом 7 и токопроводом 9 подключены светодиодные индикаторные лампы 10.
На торцевых стенках корпуса 1 расположены патрубок 11 подвода воды и патрубок 12 отвода воды, на устройстве 6 вывода пены расположен патрубок 13 отвода пены.
Вертикальные перегородки 2 и 3 делят корпус электрофлотатора на три камеры: камеру 14 ввода потока, флотационную камеру 15 и камеру 16 вывода потока.
Электрофлотатор работает следующим образом. Очищаемая вода через патрубок 11 поступает в камеру 14 ввода потока, в которой происходит гашение скорости струи. Из камеры 14 через окно в перегородке 2 вода поступает во флотационную камеру 15. У дна флотационной камеры находится электродный блок, состоящий из пластины 7 из коксо-пековой композиции и магниевых проволок 8, расположенных параллельно друг другу. Магниевые проволоки образуют несколько групп, количество которых равно количеству трапеций пеносборной перегородки 4. Количество проволок в каждой группе зависит от их диаметра и должно находиться в интервале от 3 до 20 из условия, чтобы ширина группы равнялась интервалу между группами.
Выбор электродной пары проведен из условия получения высокой разности потенциалов между электродами, при которой происходит интенсивное образование пузырьков флотирующего газа без использования внешних источников тока.
Пузырьки газа, генерированные электродным блоком, поднимаются вверх, захватывают эмульгированные углеводородные капли и диспергированные твердые частицы, образуют флотационную пену, которая самотечно переваливается через кромки пеносборной перегородки 4, самотечно отводится устройством 6 вывода пены.
Очищенная вода поступает в камеру 16 вывода потока, в которой находится устройство 5 вывода очищенной воды, представляющее собой щелевой патрон, закрепленный на винте, с помощью которого регулируется уровень воды в электрофлотаторе.
Электродный блок генерирует электроэнергию, которая расходуется не только на электролиз воды, но и на светодиодные лампы 10, которые являются индикатором функционирования аппарата, для чего выносятся на пульт управления.
Коксо-пековый электрод получают путем смешивания нефтяного кокса (70% масс.) и пека (30% масс.), заливки в формы, термической обработки в печах при температуре 300°C в течение 2 часов.
Диаметр проволок из магния выбирают в диапазоне от 1 до 3 мм.
Пример 1. Проводили опыты по электролизу раствора хлористого кальция с минерализацией от 1 до 200 г/л. Определяли скорость барботажа с магниевого электрода. Термин скорость барботажа введен в монографии (Дерягин Б.В., Духин С.С., Рулев Н.Н. Микрофлотация, М.: Химия - 1986. - 112 с.). Результаты опытов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры электродного
Концентрация CaCl<sub>2</sub>, г/л
1
5
10
50
100
200
блока
Ток, мА
2,6
7,8
14,6
28,5
33,0
39,0
Электродвижущая сила, B
1,3
1,28
1,03
1,0
0,93
0,85
Скорость барботажа, м/ч
0,02
0,03
0,04
0,12
0,16
0,18
Из результатов опытов следует, что электролиз воды с образованием пузырьков газа за счет энергии, вырабатываемой электродным блоком, происходит во всем диапазоне концентраций растворов хлористого кальция. Однако предпочтение следует отдавать высокоминерализованным растворам, например, пластовым водам нефтяных месторождений, минерализация которых находится в интервале 50-200 г/л.
Пример 2. Проводили опыты по очистке пластовой нефтесодержащей (подтоварной) воды нефтяных месторождений электрофлотатором с графитовым и медным электродами с внешним источником электропитания (прототип) и предлагаемым электрофлотатором с коксо-пековым и магниевым электродами (полезная модель). Результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2
Параметры
По прототипу
По полезной модели
Минерализация, г/л
76
76
Исходная концентрация нефти, мг/л
470
470
Конечная концентрация нефти, мг/л
24
22
Время флотации, мин
13
19
Энергозатраты, кВт×ч/м<sup>3</sup>
0,72
отсутствуют
3
Из приведенных результатов следует, что содержание нефти в очищаемой подтоварной воде, достигнутое по прототипу и полезной модели, соответствует нормативу качества воды для закачки в пласт (50 мг/л). Время очистки воды по полезной модели увеличилось на 46%. Однако, за счет применения полезной модели происходит экономия затрат электроэнергии. Так, например, для нефтяного месторождения средней производительности очистке подвергают 10000 м/сут. При тарифе на электроэнергию 2 руб./кВт×ч стоимость электроэнергии по прототипу составит 0,72×10000×2=14,4 тыс.руб./сут.
Электродный блок по полезной модели вырабатывает электроэнергию, которая может использоваться для системы автоматического регулирования процесса и для целей индикации, т.к. вырабатываемой электродвижущей силы достаточно для подключения светодиодных ламп и подачи сигнала для системы автоматического регулирования процесса.