УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАСТВОРЕННЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
APPARATUS FOR PURIFYING WASTE WATER FROM DISSOLVED OIL PRODUCTS

Изобретение относится к технологии очистки сточных вод с использованием процесса пневматической флотации и может быть применено при очистке промышленных сточных вод, полученных при мойке средств хранения нефти и нефтепродуктов.
В процессе использования резервуаров необходимо соблюдать правила их технической эксплуатации, в том числе своевременно контролировать, выявлять и устранять возникающие дефекты.
Мойка резервуаров от остатков хранящегося продукта является необходимым условием, без выполнения которого невозможна диагностика и ремонт. Также зачистка, мойка необходимы перед сменой продукта в резервуаре, для освобождения от пирофорных отложений, высоковязких осадков с наличием минеральных загрязнений, ржавчины и воды согласно ГОСТ 1510-84.
Ужесточение требований по охране окружающей среды не позволяет в дальнейшем использовать принятый порядок утилизации отходов. Запрещен сброс в водоемы и промышленную канализацию подтоварной воды и отработанных моющих растворов, содержащих нефтепродукты свыше установленных норм.
Нормы содержания нефтепродуктов в воде водоемов на территории России: ПДК их в воде составляет от 0,05 до 0,3 мг/л в зависимости от цели водопользования.(enviropark.ru 19.01.2015 г.).
Для снижения концентраций нефтепродуктов в воде до уровня ПДК применяют различные методы очистки воды. Современная очистка воды представляет собой процесс последовательного снижения концентрации нефтепродукта в воде, который представляет следующие технологические стадии:
- осаждение взвешенных веществ и улавливание свободных нефтепродуктов в отстойниках, укомплектованных тонкослойными модулями;
- сорбция свободных нефтепродуктов пенополиуретановыми (ППУ) салфетками-пластинами;
- очистка от эмульгированных нефтепродуктов высокоэффективным полимерным сорбентом;
- флотационная очистка растворенных нефтепродуктов;
- адсорбция растворенных нефтепродуктов на активированном угле.
Наиболее часто используется процесс очистки гравитационный - отстаиванием. Однако даже после отстаивания в сточных водах содержится значительное количество грубодисперсных растворенных примесей, вода, содержащая нефтепродукт не более 250 мг/л, подается на очистные сооружения. Наиболее простым и недорогим способом очистки сточных вод от растворенных нефтепродуктов является процесс с использованием флотации.
Перед авторами стояла задача - разработать установку для очистки сточных вод от растворенных в ней нефтепродуктов, которая отвечала бы следующим требованиям:
- низкая себестоимость процесса очистки сточных вод от растворенных в ней нефтепродуктов;
- высокая эффективность очистки сточных вод с использованием процесса флотации;
- простота в эксплуатации и изготовлении.
При просмотре источников патентной информации и научно-технической литературы были выявлены технические решения, частично решающие поставленные задачи.
Известна флотационная машина для очистки сточных вод, включающая корпус, разделенный на сообщающиеся между собой камеры, внутри которых установлены импеллерные блоки, входной и выходной патрубки, из которых по ходу движения сточной воды в камерах установлены струйные аэраторы, а в последней - пластинчатый осветитель (Патент РФ 2091316, C02F 1/24; B03D 1/14 1996 г.).
Недостатком этой установки является невысокая скорость подъема комплексов частица-пузырек, что обусловливает недостаточную степень очистки сточных вод от гидрофобных примесей, например растворенных нефтепродуктов, жиров, масел и т.п.
Известно также устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащее емкость, разделенную на сообщающиеся в верхней части накопительную и флотационные зоны, в последней из которых размещен кожух, полость которого сообщена с источником сжатого воздуха и снабжена подводящей трубой, сообщенной с хранилищем очищаемой жидкости, при этом накопительная зона емкости сообщена с герметичным баком, снабженным средством вакуумирования, нагревателем, размещенным над дном бака, разделенным на накопительную и флотационные зоны, аэрирующий, флотирующий и накопительный узлы, последовательно сообщенные друг с другом, при этом аэрирующий узел сообщен с источником сжатого воздуха и снабжен подводящей трубой, сообщенной с источником очищаемой жидкости, причем флотирующий узел выполнен в виде флотирующего стакана, открытого сверху, сообщенного с кольцевым накопительным зазором, охватывающим флотирующий стакан и снабженный патрубками для отвода флотированной воды, кроме того, флотирующий узел имеет патрубок отвода сфлотированнного материала в емкость для его сбора (Патент РФ №2394773 C02F 1/40. 2010 г.).
К недостаткам этого технического решения относятся значительные затраты, обусловленные использованием установок на подогрев очищаемой жидкости во флотирующем узле до температуры, близкой к температуре кипения, что не всегда возможно по конкретным технико-технологическим условиям на месте очистки. Отсутствие устойчивого парообразования в значительной степени снижает эффективность извлечения растворенных нефтепродуктов данным устройством.
Известно устройство для очистки сточных вод, состоящее из блока предварительной очистки, содержащего отстойник и фильтр, блока коагуляции, содержащего высоконапорный насос, гидродинамический кавитатор, расходную емкость коагулянта и флотатор-коагулятор, и блока доочистки и обеззараживания, содержащего фильтр и агрегат ультрафиолетового облучения с ультразвуковым излучателем. Флотатор-коагулятор выполнен в виде корпуса, состоящего из концентрических расположенных круглых в плане обечаек, одна из которых является камерой флотации, конической перегородки, в верхней части аппарата которой между наружной и внутренней обечайками организованы камера сбора и удаления пены, а также емкость сбора отстоя и накопления очищенной воды. Внутри центральной обечайки образована реакционная емкость, оснащенная тангенциальным вводом для подачи смешанной с коагулянтом обрабатываемой воды из гидродинамического кавитатора. Блок доочистки и обеззараживания оснащен вторым гидродинамическим кавитатором, предназначенным для смешивания воды с озоно-воздушной смесью, генерируемой агрегатом ультразвукового облучения с ультразвуковым излучателем (Патент РФ 2530106 C02F 9/14 20.02.2014 г.).
К недостаткам этого решения можно отнести необходимость замены фильтров предварительной и вторичной очистки, значительное энергопотребление, связанное с использованием центробежного насоса и лампы УФ-излучения, длительностью процесса очистки, сложностью конструкции.
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению и взятой за прототип является установка для разделения несмешивающихся жидкостей, в которой имеется узел основной - первой ступени очистки жидкости и узел доочистки - флотатор.
Узел основной очистки представляет собой бак, на крышке которого размещена промежуточная емкость для улавливания крупных механических примесей, соединенная с герметично закрепленной в горловине бака вертикальной трубой, на нижнем торце которой установлен успокоитель, выполненный в виде двух горизонтально расположенных дисков, верхний из которых имеет центральное отверстие, соответствующее диаметру вертикальной трубы, и жестко закреплен на нижнем торце трубы на заданном расстоянии от днища бака. Патрубки слива воды и нефтепродукта выполнены в боковых стенках бака на определенных расстояниях, связанных между собой заданным соотношением их нижних кромок от днища бака, внутри которого имеются вертикальные перегородки, одна из которых установлена перед патрубком слива воды с заданным зазором относительно днища и создает полость для накопления отделенной воды. Другие вертикальные перегородки закреплены на боковых стенках в шахматном порядке с заданным зазором относительно противоположной боковой стенки, патрубок слива нефтепродукта размещен непосредственно за полостью накопления отделенной воды и на максимально возможном удалении от горловины бака, в нижней части которого с возможностью касания днища размещены вертикальные заслонки, установленные в направляющих, жестко закрепленных на боковых стенках бака по центральной оси каждой полости, образованной вертикальными перегородками. На торцах вертикальных перегородок закреплены жесткие тяги, размещенные с возможностью вертикального перемещения в герметичных отверстиях крышки бака.
Узел доочистки (флотатор), взятый в качестве прототипа, представляет собой вертикальную емкость с коническими днищами, в нижней части боковой поверхности которой выполнен патрубок слива очищенной воды, который соединен с вертикальной трубой, верхний срез которой находится на уровне нижнего среза патрубка слива воды из бака основной ступени очистки, соединенного с полостью дополнительного очистителя (вертикальной емкостью) трубопроводом, на котором закреплен перфорированный распределитель потока воды, суммарная площадь отверстий которого не менее площади сечения патрубка слива воды из бака. В вертикальной емкости дополнительного очистителя ниже распределителя потока воды установлен распределитель потока воздуха в виде трубы с перфорацией, в нижнем коническом днище по его осевой линии установлен патрубок для слива отстоя, а на верхнем коническом днище установлено средство сбора нефтепродукта в виде цилиндрической насадки с патрубками слива нефтепродукта и выпуска воздуха, при этом нижний срез цилиндрической насадки выполнен на одном уровне с нижним срезом патрубка слива воды из бака первой основной ступени очистки (Патент РФ №83500, C02F 9/02, 2009 года - прототип).
Недостатком указанной установки является наличие первичной ступени очистки, частая периодическая очистка узлов доочистителя, таких как верхнее коническое днище (сборник нефтепродукта), на стенках которого оседает нефтепродукт. Кроме того, жесткая привязка узла сбора отделенного нефтепродукта (цилиндрическая насадка с патрубком слива нефтепродукта и выпуска воздуха) к уровню среза патрубка слива воды из первой ступени очистки приводит к затруднению попадания очищаемой воды во флотатор из-за пузырьков воздуха, которые, поднимаясь вверх, препятствуют ее попаданию во флотатор, что в свою очередь сказывается на степени очистки воды.
Кроме того, сложность конструкции обусловлена еще наличием вертикальной трубы, соединенной с патрубком слива очищенной воды из бака.
Технический результат изобретения - повышение эффективности очистки воды от растворенных в ней нефтепродуктов с одновременным упрощением процесса при относительно низкой себестоимости процесса очистки.
Указанный технический результат достигается тем, что известная установка для очистки сточных вод от растворенных нефтепродуктов, содержащая вертикальную емкость, в нижней части боковой поверхности которой выполнены патрубок слива очищенной воды, патрубок принудительной подачи заданного объема воздуха в нижнюю часть вертикальной емкости, в которой установлен распределитель потока воздуха в виде перфорированной горизонтальной трубы, и узел сбора отделенного нефтепродукта, размещенный в верхней части вертикальной емкости, согласно изобретению установка дополнительно содержит модификатор флотации, размещенный над распределителем потока воздуха и выполненный в виде коаксиально установленных цилиндрических обечаек, высота h образующей которых равна 0,75 Н высоты вертикальной емкости и которые связаны между собой с образованием кольцевых полостей равновеликих объемов, центральный осевой канал которого имеет диаметр равный 0,2 D диаметра вертикальной емкости, при этом узел сбора отделенного нефтепродукта размещен с наружной стороны вертикальной емкости и выполнен в виде лотка, прикрепленного к вертикальной емкости по периметру, а на перфорированной горизонтальной трубе размещен полимерный материал с диаметром пор 0,005-0,1 мкм.
На фиг. 1 представлена установка для очистки сточных вод от растворенных нефтепродуктов (в разрезе);
фиг. 2 - модификатор флотации.
Для раскрытия технической сущности изобретения приняты следующие условные обозначения:
H - высота вертикальной емкости, мм;
h - высота цилиндрических обечаек (модификатора флотации), мм;
D - внутренний диаметр вертикальной емкости, мм;
d - диаметр внутренней цилиндрической обечайки модификатора флотации, мм.
1
2
3
Кольцевые полости модификатора флотации имеют равновеликие объемы (начиная от центра) V=V=V.
При равных высотах обечаек кольцевые полости будут разной ширины за счет разных диаметров обечаек, что характеризует равновеликие объемы кольцевых зазоров.
Установка для очистки сточных вод от растворенных нефтепродуктов состоит из вертикальной емкости 1, в нижней части боковой поверхности которой выполнен патрубок 2 слива очищенной воды, на котором установлен запорный кран 3. На трубе 4 налива очищаемой воды расположен запорный кран 5. В нижней части емкости 1 имеется патрубок для поступления воздуха от компрессора 6, расход которого контролируют расходомером 7 (ротаметр). Воздух поступает в нижнюю часть емкости 1 через распределитель потока воздуха в виде перфорированной горизонтальной трубы 8, на которой размещен съемный чехол 9, выполненный из полимерного материала с диаметром пор от 0,005-0,1 мкм (как вариант использован серийно выпускаемый картридж Арагон ТУ 3697-013-48981941-2006). Над распределителем потока воздуха 9 установлен модификатор 10 флотации, выполненный из композитного материала, инертного к нефтепродуктам, или из стали (например, нержавеющей стали 12Х18Н10Т, 20Х13), конструкция которого представляет собой цилиндрические обечайки (не менее трех), что позволяет сохранить состояние пузырьков воздуха по всему объему после съемного чехла 9 и одновременно снизить время подъема пены с нефтепродуктом, что увеличивает скорость и объем вывода нефтепродукта. Узел сбора отделенного нефтепродукта размещен с наружной стороны вертикальной емкости 1 и выполнен в виде лотка 11, прикрепленного к емкости 1 по периметру. Высота отбортовки лотка 11 выбрана из условий отсутствия перелива при заданной производительности установки.
3
Был изготовлен макетный образец заявляемой установки в виде цилиндрической емкости: высота H=1000 мм, диаметр D=900 мм, имеющий вместимость 120 дм.
Модификатор 10 флотации изготовлен из композитного материала, высота которого h=0,75 Н мм, диаметр модификатора d=0,2 мм.
3
3
Для подтверждения эффективности очистки сточной воды приготовили загрязненный раствор: смесь водопроводной воды и моторного масла и довели до эмульсии, получили 500 дм с содержанием 50 мг/дм моторного масла.
3
Установка работает следующим образом. Загрязненную воду при закрытом кране 3 через патрубок 4 подают в емкость 1 до полного ее заполнения. Далее подают сжатый воздух от компрессора 6, расход которого устанавливают ротаметром 7 (10 дм/мин).
Воздух от компрессора 6, пройдя через распределительную трубу 8 с надетым на нее чехлом 9 из полимерного материала, в виде мелких пузырьков попадает в очищаемую жидкость и направляется по кольцевым каналам модификатора 10, захватывая растворенный нефтепродукт, и который в виде пены поступает в лоток 11, откуда самотеком через патрубок 14 поступает в накопитель 13.
При первом появлении нефтепродукта в лотке 11 очищенная вода через патрубок 2 может использоваться вторично для мойки резервуаров или сливается в промышленный водоем (канализацию). Отстой, скапливающийся в нижней части вертикальной емкости 1, периодически удаляют, открывая кран 12. Воздух от компрессора 6 подают, открывая запорный кран 15.
Результаты испытания установки для очистки сточных вод от растворенных нефтепродуктов представлены в таблице 1.
3
Метод флотационной очистки эффективен для удаления из воды нефти, жиров и других веществ. Этот метод позволяет снизить содержание нефти до 10-20 мг/дм. (Золотов А.В. «Обоснование метода флотации для очистки нефтесодержащих сточных вод» Нефтепереработка и нефтехимия 2014 г., №6, с. 42-46.)
Как видно из результатов испытания установки для очистки сточных вод от растворенных нефтепродуктов, применение изобретения позволит повысить эффективность очистки воды от растворенных нефтепродуктов.