Устройство для очистки поверхностных сточных вод от взвешенных веществ и маслонефтепродуктов
DEVICE FOR CLEANING SURFACE WATER FROM SUSPENDED SUBSTANCES AND OIL-AND-OIL PRODUCTS

Изобретение относится к области очистки сточных вод от взвешенных веществ и маслонефтепродуктов, в частности, к оборудованию для локальной очистки ливневых и талых стоков с территорий промышленных и автотранспортных предприятий, автозаправочных станций и станций технического обслуживания автомобилей.
Известна установка для очистки поверхностных и производственных сточных вод (патент 79548 РФ на полезную модель по кл. C02F 1/40. Установка для очистки сточных вод // В.Н. Вознесенский, В.А. Гонтарев, В.В. Лядов. ООО «ТриВэкс». - Заявл. 13.10.2008; №2008140177/22; опубл. 10.01.2009; Бюл. №1), содержащая горизонтальный цилиндрический корпус, разделенный вертикальными перегородками на три сообщающихся камеры; подводящий и отводящий трубопроводы. В первой по ходу движения очищаемой воды камере находится устройство для первичной очистки стока от грубодисперсных взвешенных веществ и крупных капель эмульгированных нефтепродуктов. Во второй камере (второй ступени) в качестве устройств очистки используются профильные блоки сепараторов тонкослойного отстаивания с наклонными плоскими пластинами. Указывается, что в качестве дополнительного устройства тонкой очистки вторая камера может содержать коалесцентно-осаждающий элемент, представляющий собой лист олеофильного материала с ячеистой профилированной поверхностью, образованной рядами продольных и поперечных синусоидальных волн, со сквозными отверстиями в гребнях. Для глубокой доочистки сточной воды в третьей камере установки расположен сменный сорбционный фильтр. Каждая из камер установки содержат смотровой люк. Установка монтируется в едином горизонтальном блоке подземного или наземного исполнения.
Недостатком известной установки является низкая пропускная способность по воде и недостаточная эффективность устройств, расположенных во второй камере. Пропускная способность пластинчатого тонкослойного отстойника лимитируется необходимостью поддержания ламинарного режима течения в каналах, что заставляет либо уменьшать расстояние между пластинами, либо снижать скорость движения проходящей между ними воды. Чрезмерное уменьшение расстояния между пластинами приводит к быстрому засорению каналов налипающими загрязнениями, что снижает длительность периода работы пакета пластин без промывки и регенерации.
Кроме того, в поверхностных сточных водах капли нефтепродуктов, имеющие плотность менее плотности воды, часто образуют агломераты с взвешенными частицами более высокой плотности. Подобные агломераты имеют плавучесть, близкую к нулевой, и отделить их от воды отстаиванием практически невозможно.
Упомянутый в описании известной установки коалесцентно-осаждающий элемент, представляющий собой единичный лист олеофильного материала с ячеистой профилированной поверхностью, образованной рядами продольных и поперечных синусоидальных волн, со сквозными отверстиями в гребнях, не может существенно повысить эффективность очистки сточной воды во второй камере. Такие листы могут быть использованы, но их должно быть не один, а несколько, и они должны быть скомпонованы в блоки таким образом, чтобы сточная вода двигалась по каналам между листами.
Поскольку эффективность очистки воды от эмульгированных нефтепродуктов во второй камере установки недостаточно высока, то расположенный в третьей камере адсорбционный фильтр будет перегружен загрязнениями, длительность фильтроцикла будет мала, и фильтр потребует частой замены.
Известно устройство для очистки сточных вод от нефтепродуктов, жиров, масел, крупных и мелкодисперсных загрязнений, которое рекомендуется для использования при очистке стоков автостоянок, бензозаправочных станций, промышленных предприятий, гаражей и др. объектов (патент на полезную модель 115349 РФ по кл. C02F 1/4Q. Устройство для очистки сточных вод (варианты) // Г.В. Миндлин. ЗАО «АЗС Технология». - Заявл. 01.12.2011; №2011148776/05; опубл. 27.04.2012. Бюл. №12).
Формула известного устройства по данному патенту многовариантна.
В качестве аналога предлагаемой нами конструкции рассмотрим устройство по пунктам 5 и 6 формулы указанной полезной модели.
Известное устройство для очистки сточных вод содержит корпус с наливным и сливным патрубками, камеру грубой очистки на входе в корпус и фильтр - на выходе из корпуса. Кроме того, устройство дополнительно содержит блок профилированных олеофобных листов с входным, выходным, верхним и нижним патрубками и блок тонкослойного осаждения с входным нижним и выходным верхним отверстиями, причем входное нижнее отверстие блока тонкослойного осаждения сообщается с камерой грубой очистки, выходное верхнее отверстие блока тонкослойного осаждена сообщается с входным патрубком блока профилированных олеофобных листов, выходной патрубок блока профилированных олеофобных листов сообщается с фильтром, верхний патрубок выполнен с возможностью вывода всплывающих загрязнений, нижний патрубок выполнен с возможностью вывода оседающих загрязнений.
Профилированные олеофобные листы выполнены с выступами и впадинами, в выступах выполнены верхние отверстия для прохота всплывающих загрязнений, во впадинах выполнены нижние отверстия для прохода оседающих загрязнений.
Недостатком описанного устройства является низкая пропускная способность и недостаточная эффективность блока тонкослойного осаждения. Пропускная способность пластинчатого тонкослойного отстойника лимитируется необходимостью поддержания ламинарного режима течения в каналах, что заставляет снижать скорость движения проходящей между ними сточной воды. Образующиеся агломераты взвешенных частиц и нефтепродуктов, имеющие плавучесть, близкую к нулевой, в устройстве гравитационного действия (тонкослойном отстойнике) удалить практически невозможно.
В блоке профилированных листов волнистой геометрии удаление таких агломератов возможно под действием сил инерции. Однако, как показали проведенные нами исследования, на профилированных листах, использованных в известном устройстве, невозможно удалить из воды капли маслонефтепродуктов с размерами менее 20-30 мкм. Поскольку содержание капель с размерами, менее указанных, в ливневых сточных водах составляет обычно около 20 масс. %, то степень очистки воды от маслонефтепродуктов не превышает 80%, и остаточная концентрация нефтепродуктов на выходе из блока олеофобных профилированных пластин достаточно велика.
В результате фильтр или фильтр-адсорбер, установленный на заключительной стадии очистки, будет работать в неблагоприятных условиях. Потребуется частая замена фильтрующей загрузки, которая будет быстро загрязняться.
Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является устройство по пунктам 3 и 4 известной полезной модели (патент на полезную модель 115349 РФ по кл. C02F 1/40. Устройство для очистки сточных вод (варианты) // Г.В. Миндлин. ЗАО «АЗС Технология». - Заявл. 01.12.2011; №2011148776/05; опубл. 27.04.2012. Бюл. №12).
Известное устройство для очистки сточных вод содержит корпус с наливным и сливным патрубками и камеру грубой очистки. Кроме того, устройство содержит дополнительно, по меньшей мере, два последовательно соединенных между собой блока профилированных олеофобных листов с входным, выходным, верхним и нижним патрубками, причем входной патрубок первого блока сообщается с камерой грубой очистки, выходной патрубок первого блока сообщается с входным патрубком второго блока, выходной патрубок второго блока сообщается со сливным патрубком; верхние патрубки первого и второго блоков профилированных олеофобных листов выполнены с возможностью выхода всплывающих загрязнений; нижние патрубки первого и второго блоков профилированных олеофобных листов выполнены с возможностью вывода оседающих загрязнений.
Профилированные олеофобные листы выполнены с выступами и впадинами, в выступах выполнены верхние отверстия для прохода всплывающих загрязнений, во впадинах выполнены нижние отверстия для прохода оседающих загрязнений.
Недостаток данного устройства заключается в низкой степени очистки сточной воды от нефтепродуктов. После удаления в первом блоке профилированных листов всех капель нефтепродуктов крупнее 20-30 мкм, во втором блоке, полностью идентичном первому, процесс очистки воды повторяется в аналогичных гидродинамических условиях. Оставшиеся после первого блока мелкие капли нефтепродуктов следуют за линиями тока воды и лишь в редких случаях достигают поверхности пластин. Относительные скорости фаз и капель разных размеров близки к нулю. Во втором блоке профилированных пластин процесс не эффективен. В третьем - тем более.
Целью настоящего изобретения является повышение степени очистки сточных вод от маслонефтепродуктов.
Поставленная цель достигается устройством для очистки сточных вод от взвешенных веществ и маслонефтепродуктов, включающим корпус с наливным и сливным патрубками и камеру грубой очистки, три последовательно соединенных между собой блока профилированных листов, имеющие входные, выходные, верхние и нижние патрубки, причем входной патрубок первого блока сообщается с камерой грубой очистки, выходной патрубок первого блока сообщается с входным патрубком второго блока, выходной патрубок второго блока сообщается с входным патрубком третьего блока, выходной патрубок третьего блока сообщается со сливным патрубком; верхние патрубки всех блоков профилированных листов выполнены с возможностью выхода всплывающих загрязнений; нижние патрубки всех блоков профилированных листов выполнены с возможностью вывода оседающих загрязнений; профилированные листы выполнены с выступами и впадинами, в первом и третьем блоках профилированные листы расположены таким образом, что их выступы и впадины направлены в одну и ту же сторону, в выступах профилированных листов выполнены верхние отверстия для прохода всплывающих загрязнений, во впадинах выполнены нижние отверстия для прохода оседающих загрязнений; а во втором (промежуточном) блоке профилированные листы расположены таким образом, что их выступы и впадины направлены в противоположные стороны с образованием каналов переменного сечения, при этом листы не имеют отверстий для выхода загрязнений в выступах и впадинах, образующих наиболее узкую часть сечения каналов. Профилированные листы первого и второго блока выполнены из олеофобного материала или из материала с олеофобным покрытием, а профилированные листы третьего блока выполнены из олеофильного материала.
Установка между первым и третьим блоком профилированных пластин волнистого профиля дополнительного второго (промежуточного) блока с иной конфигурацией каналов, способствует укрупнению капель нефтепродуктов за счет динамической коалесценции. Во втором (промежуточном) блоке профилированные листы за счет противоположно направленного расположения выступов и впадин образуют каналы переменного сечения, в которых поток сточных вод попеременно то сужается, то расширяется. Это способствует увеличению частоты столкновений и динамической коалесценции (укрупнению) капель маслонефтепродуктов, что в дальнейшем приводит к повышению эффективности их выделения из потока в третьем блоке профилированных листов.
Проведенные нами исследования показали наличие положительного влияния умеренной турбулизации потока сточной воды на степень ее очистки в блоках пластин синусоидального профиля. Турбулентные вихри способствуют более частому соприкосновению капель как с поверхностью пластин, так и друг с другом. Особенно хороший эффект при умеренных скоростях потока (до 30 мм/с) дает использование блоков пластин с каналами попеременно сужающегося и расширяющегося сечения. Такую форму каналов можно получить, например, чередуя профилированные пластины в блоке таким образом, чтобы их выступы и впадины были направлены в противоположные стороны, а именно попарно навстречу друг другу. Именно такую конфигурацию каналов должен иметь дополнительный (промежуточный между первым и третьим) блок профилированных пластин.
Агрегативная устойчивость разбавленных эмульсий обусловлена относительно невысокой концентрацией капель нефтепродуктов в воде, при которой вероятность их взаимного столкновения и последующей коалесценции невелика. Вероятность столкновения частиц прямо пропорциональна квадрату численной концентрации. Для разбавленных эмульсий с концентрацией нефтепродуктов менее 100 мг/л и средним размером капель 10 мкм вероятность встречи составляет всего лишь 0,01. Во втором блоке профилированных пластин при прохождении разделяемой эмульсией узких мест (между выступами соседних профилированных пластин), находящиеся в ней дисперсные частицы (капли нефтепродуктов) сталкиваются с гораздо более высокой вероятностью, за счет чего происходит их объединение и укрупнение. При достижении определенного размера укрупненные капли под действием гравитации выделяются из потока в следующем блоке пластин.
Профилированные пластины (листы), расположенные во втором блоке установки, не должны иметь отверстий для выхода загрязнений в выступах и впадинах, образующих наиболее узкую часть сечения каналов, поскольку при наличии отверстий в наиболее узких сечениях из-за увеличения скорости потока мог бы возникнуть инжекционный эффект подсоса сточной воды из смежных каналов, приводящий к нежелательному избыточному перемешиванию и дроблению капель.
Как показали эксперименты, выходящий из дополнительного (промежуточного) блока поток сточной воды содержат капли с размерами 50-100 мкм, надежно улавливаемые в последнем блоке профилированных пластин. Кроме того, поскольку в третий блок приходит вода с пониженной концентрацией загрязнений, и вероятность забивания каналов невелика, предлагается использовать в третьем блоке профилированные пластины из олеофильного материала, повышающие эффективность процесса очистки за счет адгезии. В итоге степень очистки воды от эмульгированных маслонефтепродуктов на выходе из третьего блока достигает 98-99%.
Предлагаемая схема устройства для очистки ливневых сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов приведена на фиг. 1.
Устройство для очистки сточных вод содержит корпус 1, наливной патрубок 2, сливной патрубок 3, камеру 4 грубой очистки, перегородки 5, 6, 7. Между перегородками 5, 6 и 7 установлены последовательно соединенные между собой первый 8, второй 9 и третий 10 блоки профилированных листов с верхними 18 и нижними 19 патрубками. Верхние патрубки 18 выполнены с возможностью вывода из блоков всплывающих загрязнений. Нижние патрубки 19 выполнены с возможностью вывода из блоков оседающих загрязнений. Входной патрубок 11 первого блока 8 сообщается с камерой 4 грубой очистки. Выходной патрубок 12 первого блока 8 сообщается с входным патрубком 13 второго блока 9. Выходной патрубок 14 второго блока 9 сообщается с входным патрубком 15 третьего блока 10. Выходной патрубок 16 третьего блока 10 сообщается со сливной камерой очищенной воды 17.
На фиг. 2 показано взаимное расположение профилированных листов в блоках 8, 9 и 10. В первом (поз. 8) и третьем (поз. 10) блоках профилированные листы расположены параллельно друг другу, во втором блоке (поз. 9) - с чередованием профилированных пластин таким образом, что их выступы и впадины направлены в противоположные стороны с образованием каналов переменного сечения, при этом листы не имеют отверстий для выхода загрязнений в выступах и впадинах, образующих наиболее узкую часть сечения каналов.
В первом 8 и втором 9 блоках установлены профилированные листы из олеофобного материала (или с нанесенным олеофобным покрытием), в третьем блоке 10 установлены профилированные листы из олеофильного материала.
Профилированные листы выполнены с выступами 20 и впадинами 21. В выступах 20 профилированных листов выполнены верхние отверстия 22 для прохода всплывающих загрязнений. Во впадинах 21 профилированных листов выполнены нижние отверстия 22 для прохода оседающих загрязнений.
На фиг. 3 показано взаимное расположение выступов, впадин и отверстий в профилированных листах первого 8 и третьего 10 блоков.
На фиг. 4 представлено взаимное расположение выступов, впадин и отверстий в профилированных листах второго (промежуточного) блока 9. Во втором блоке профилированные листы не имеют отверстий для выхода загрязнений в выступах и впадинах, образующих наиболее узкую часть сечения каналов.
Устройство работает следующим образом. Очищаемая вода, вытекающая из камеры 4 грубой очистки, последовательно протекает через три блока 8, 9 и 10 профилированных листов и, соответственно, проходит три стадии очистки. Сточная вода, очищенная в первом блоке 8 с использованием параллельно установленных профилированных олеофобных листов, поступает во второй блок 9 профилированных олеофобных листов, расположенных таким образом, что их выступы и впадины направлены в противоположные стороны с образованием каналов переменного сечения. В блоке 9 при прохождении разделяемой эмульсией узких мест (между выступами соседних профилированных пластин), находящиеся в ней дисперсные частицы (капли нефтепродуктов) неизбежно сталкиваются, за счет чего происходит их объединение и укрупнение. При достижении определенного размера укрупненные капли под действием гравитации выделяются из потока в третьем блоке 10 с параллельно установленными профилированными олеофильными листами. Олеофильный материал способствует более интенсивной коалесценции маслонефтепродуктов на его поверхности за счет адгезии. Всплывающие загрязнения задерживаются под выступами 20, коалесцируют и всплывают в верхнюю часть корпуса 1 через верхние отверстия 22 и верхний патрубок 18. Оседающие загрязнения задерживаются во впадинах 21 и оседают в нижнюю часть корпуса 1 через нижние отверстия 22 и нижний патрубок 19. Окончательно очищенная вода сливается из корпуса 1 через камеру 17 по сливному патрубку 3.
Дополнительная интенсивная коалесценция капель маслонефтепродуктов во втором блоке профилированных пластин, расположенных таким образом, что они создают чередующиеся сужения и расширения потока эмульсии, позволяет повысить степень очистки воды в третьем (последнем) блоке. Кроме того, использование в последнем блоке профилированных листов из олеофильного материала также способствует интенсификации процесса коалесцентной сепарации маслонефтепродуктов, что позволяет добиваться общей эффективности очистки воды в установке не менее 98%.