СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF PURIFYING OILY WATER EFFLUENTS

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов.
Известен способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар под поверхность сточных вод в резервуаре затопленной струей под давлением, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом (SU №996332, МКИ С02F 1/00, 1981).
Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод из-за низкой степени их аэрирования.
Известен также способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар через зону насыщения воды воздухом, для чего нефтесодержащие сточные воды подают струей под давлением, через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, при атмосферном давлении в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом (SU №1632949, МКИ С02F 1/40, В01D 17/035, 1991).
Недостатком этого решения также является неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей, равномерно распределенных по их объему из-за недостаточно высокой равномерности распределения воздушных пузырьков по объему вод и их дисперсности.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в обеспечении возможности очистки нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей, равномерно распределенных по их объему.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что повышается степень аэрирования сточных вод при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха, что обеспечивает возможность флотирования тонкодисперсных частиц примесей и за счет этого позволяет довести степень очистки нефтесодержащих вод от свободных (нерастворенных) примесей до уровня не менее 99% от их исходного содержания.
Поставленная задача решается тем, что способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар через зону насыщения воды воздухом, для чего нефтесодержащие сточные воды подают струей под давлением, через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, при атмосферном давлении в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом, отличается тем, что после флотационной очистки воды от примесей при атмосферном давлении очищенные воды подвергают повторной флотационной очистке от примесей, при давлении, меньшем атмосферного, в зоне, изолированной от зоны предшествующей флотационной очистки воды от примесей, кроме того, в водовоздушную струю, сформированную в объеме вод, примыкающем к зоне их насыщения воздухом, дополнительно эжектируют воздух из зоны насыщения сточных вод воздухом.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, что обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повысить степень аэрирования сточных вод при одновременном повышении равномерности аэрирования объема нефтесодержащих сточных вод тонкодисперсными пузырьками воздуха, что обеспечивает возможность флотирования тонкодисперсных частиц примесей и за счет этого, позволяет довести степень очистки нефтесодержащих вод от свободных (нерастворенных) примесей до уровня не менее 99% от их исходного содержания.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач:
Признаки «…после флотационной очистки воды от примесей при атмосферном давлении очищенные воды подвергают повторной флотационной очистке от примесей, при давлении, меньшем атмосферного» инициируют и поддерживают процесс выделения из объема сточных вод воздуха, растворенного в них при повышенном давлении воздуха и частично выделившегося при атмосферном давлении (на предшествующей стадии флотационной очистки).
Признаки, указывающие на изолированность зоны повторной флотационной очистки от зоны, предшествующей флотационной очистке воды от примесей, реализуемой при атмосферном давлении, обеспечивают эффективность повторной (вакуумной) стадии очистки и снижают нагрузку на вакууммирующее оборудование, используемое на этой стадии.
Признаки «в водовоздушную струю, сформированную в объеме вод, примыкающем к зоне их насыщения воздухом, дополнительно эжектируют воздух» позволяют повысить степень насыщения вод воздухом.
Признаки, указывающие, что воздух эжектируют «из зоны насыщения сточных вод воздухом» упрощают организацию процедуры подачи дополнительного объема воздуха и повышают эффективность процесса насыщения вод воздухом, поскольку эжектируется воздух, находящийся под давлением, соответствующим давлению воздуха, использованного для насыщения сточных вод.
На чертеже схематически показано устройство, обеспечивающее реализацию заявленного способа.
На чертежах показаны резервуар 1, сопловой насадок 2, кожух 3 с кромкой 4, отбойник 5 с кромкой 6, зазор 7 между стенками отбойника 5 и резервуара 1, дополнительный резервуар 8 с вертикальной отбойной перегородкой 9, разделяющей его на флотирующий 10 и накопительный 11 отсеки. Кроме того, показаны отводные патрубки 12 и 13 резервуара 1, отводные патрубки 14 и 15 дополнительного резервуара 8, дренажные патрубки 16 резервуара 1, дополнительного резервуара 8, флотирующего отсека 10 и отбойника 5, питающий патрубок 17 резервуара 1, воздушные патрубки 18 и 19 соответственно резервуара 1 и дополнительного резервуара 8, распределитель 20, трубопровод 21, конфузорные сопла 22 с каналами 23. Кроме того, показаны поверхность жидкости 24, водовоздушная струя 25, слой пены 26, содержащий флотированные примеси.
Перечисленные элементы и детали не отличаются по конструкции и материалам от известных элементов и деталей, используемых по сходному назначению, при сходных требованиях по прочности, производительности и т.п.
Заявленный способ осуществляется следующим образом.
Рабочие параметры в установке доводят до номинала, а именно:
резервуар заполняют водой (целесообразно на этапе запуска использовать очищенную воду), в полости кожуха 3 (в зоне насыщения воды воздухом) создают давление выше атмосферного до 0,1 МПа, например, путем подключения патрубка 18 к источнику сжатого воздуха - компрессора (на чертежах не показанного), кроме того, в воздушной полости дополнительного резервуара 8 создают разрежение до 0,03-0,05 МПа (например, путем подключения к вакуум-насосу, на чертежах не показанному). Затем начинают подачу вод, подлежащих очистке. Очищаемые воды изливаются из соплового насадка 2 с высокой скоростью, в виде струи под давлением 0,8-1,0 МПа, вниз через слой воздуха (находящийся, в кожухе 3 над поверхностью жидкости 24, уже имеющейся в резервуаре 1). В процессе движения через слой воздуха струя очищаемой воды захватывает большое количество воздуха, который под воздействием струи увлекается в объем жидкости, где диспергируется на мелкие пузырьки и частично растворяется в объеме воды, находящейся под поверхностью жидкости 24. В результате этого в объеме очищаемых вод формируется водовоздушная струя 25, распространяющаяся в глубь жидкости от ее поверхности. Глубина проникновения струи 25 и размеры ее поперечного сечения определяются параметрами подачи очищаемых вод. Взаимодействуя с выходными отверстиями конфузорных сопел 22, водовоздушная струя 25 за счет эжектирующего эффекта «подсасывает» в объем жидкости дополнительный объем воздуха (через каналы 23) из зоны насыщения воды воздухом. Далее, очищаемые воды, насыщенные пузырьками диспергированного воздуха и воздухом, растворившимся в них, вытесняются через зону между дном резервуара 1 и кромкой 4 кожуха 3, где гасится энергия струи, в зазор между стенками кожуха 3 и отбойника 5. При этом в остальном объеме устройства течение воды принимает спокойный характер, конвективные токи отсутствуют. В этих условиях происходит интенсивное беспрепятственное разделение частиц примесей во всем объеме очищаемой жидкости (происходит флотация частичек нефтепродуктов пузырьками воздуха, т.е. образование агрегатов частица-пузырек, которые всплывают на поверхность благодаря их низкому удельному весу). В результате образуется слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси, который удаляется известным способом через отводные патрубки 13. Чистая вода опускается ко дну резервуара 1 по зазору 7, где отводится через патрубок 12. Отбойник 5 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к патрубку 12 резервуара 1. Далее, жидкость после первой стадии очистки подается по трубопроводу 21 к распределителю 20 дополнительного резервуара 8. Давление воды в распределителе 20 флотирующего отсека 10 определяется суммой давления воздуха над зеркалом воды и гидростатическим давлением в резервуаре 8, его величина ниже атмосферного давления и при поступлении воды по трубопроводу 21 в распределителе 20 происходит выделение мелких пузырьков растворенного воздуха вследствие уменьшения коэффициента растворимости за счет понижения давления. Выход водовоздушного потока из распределителя 20 в донную часть флотирующего отсека 10 обусловливает флотационную очистку во второй ступени мелкодисперсными пузырьками. Кроме того, при подъеме водовоздушной смеси в отсеке 10 уменьшается гидростатическое давление в водовоздушном потоке, что приводит к нарастанию мелкодисперсной воздушной массы вследствие непрерывного выделения пузырьков из объема очищаемой жидкости за счет уменьшения гидростатического давления. Средние размеры воздушных пузырьков во второй ступени многократно меньше средних размеров воздушных пузырьков, выделявшихся на первой стадии очистки. Их количество в единице объема значительно больше при нарастании по высоте потока и равномерном распределении по сечению. В этих условиях происходит интенсивная флотация частичек нефтепродуктов, оставшихся после первой стадии очистки, с образованием агрегатов частица-пузырек, которые всплывают на поверхность благодаря их низкому удельному весу. В результате на поверхности дополнительного резервуара 8 образуется слой пены 26, содержащий сфлотированные примеси, который периодически удаляется известным способом через отводные патрубки 14. Очищенная вода, как более плотная среда, увлекается вниз ко дну дополнительного резервуара 8, при этом вертикальная отбойная перегородка 9 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к отводному патрубку 15 резервуара 8. Для периодической очистки дна резервуаров 1, 8 и отбойника 5 от накапливающегося шлама используют дренажные патрубки 16.
Коэффициент аэрации в предлагаемом способе в результате создания благоприятных условий для насыщения очищаемой жидкости воздухом составляет 10-12. Конечная степень очистки воды, обрабатываемой в предлагаемом способе, достигает 99%, что указывает на целесообразность применения предлагаемого способа.