Новая технология очистки нефтесодержащих сточных вод машиностроительного производства

Гришин Б.М,, Андреев С.Ю., Бикунова М., Гришин Л.Б., Савицкий Е.А., Колдов А.С. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В настоящее время значительное внимание при выполнении мероприятий экологического характера обращается на актуальную проблему глубокой очистки нефтесодержащих нейтральных производственных и производственно-ливневых сточных вод, которые после прохождения очистных сооружений могут использоваться для пополнения систем оборотного водоснабжения.

Одним из наиболее эффективных методов очистки промышленных нефтесодержащих стоков является метод флотации, который реализуется с использованием аппаратов и установок различных конструкций. Существенным фактором, влияющим на степень флотационной очистки сточных вод, является способ приготовления газожидкостной смеси, подаваемой во флотатор. Разработка смесителей нового типа, создающих водовоздушную смесь требуемого дисперсного состава, позволяет экономично и эффективно осуществлять процесс флотации. В качестве таких смесителей мо-гут быть использованы компактные вихревые смесительные устройства (ВСУ), простые в эксплуатации и не требующие значительных затрат при изготовлении [1, 2]. Вихревые смесительные устройства (ВСУ) представляют собой трубчатые смесители первой и второй ступени с входными и выходными камерами, снабженными тангенциальными патрубками (рис. 1). В процессе производственных испытаний смешение сжатого воздуха с рециркуляционным потоком очищенных сточных вод осуществлялось в вихревом смесительном устройстве (ВСУ) первой ступени (рис. 1), работающем по принципу вихревого эжектора.

Водовоздушная смесь из ВСУ первой ступени поступала во входную камеру 6 вихревого смесительного устройства (ВСУ) второй ступени и далее направлялась в кольцевой зазор устройства, образующегося между центральным стержнем 7 (d=15мм) и стенкой вихревой камеры 8 ^=32мм) для интенсивно-

го диспергирования воздушных пузырьков.

сжатый воздух от компрессора

бодовоздушная смесь на флотатор

Рис. 1. Схема узла диспергирования водовоздушной смеси 1,6 - камеры входа ВСУ первой и второй ступеней; 2, 8 - вихревые камеры ВСУ первой и второй ступеней; 3, 9 - камеры выхода ВСУ первой и

второй ступеней; 4 - патрубок подачи сжатого воздуха; 5 - тангенциальный вход в камеру; 7 - центральный стержень

При переходе из входной камеры 6 в кольцевой зазор угловая скорость вращения потока увеличивалась пропорционально квадрату отношения диаметров камеры входа 6 и вихревой камеры 8. Во вращающемся турбулентном водовоздушном потоке происходило интенсивное диспергирование пузырьков воздуха при их контакте с центральным стержнем 7 и стенками вихревой камеры 8.

Расчеты показали, что величина коэффициента газосодержания водовоздушной смеси в ВСУ, что более, чем в 5 раз превысила расчетное значение ф для напорной флотации. Экспериментальные исследования показали, что при рабочих давлениях рециркуляционного насоса (4,0 ^ 4,5)-105Па для получения пузырьков воздуха минимального размера высота вихревой камеры ВСУ второй ступени должна составлять 1,8-2,0 м. При увеличении высоты вихревой камеры до 2,5 м и более на конечных участках ВСУ вследствие уменьшения кинетической энергии вращающегося потока начинается коалесценция (слипание) пузырьков воздуха, что ухудшает дальнейший процесс удаления примесей на флотационной установке. На начальных стадиях эксплуатации флотатора для приготовления диспергированной водовоздушной смеси использовалось ВСУ второй ступени, выполненное из углеродистой стали с анодированным никелевым покрытием. Анализ опытных данных показал, что в связи с весьма высокой шероховатостью стенок проточной части вихревой камеры ВСУ диаметр диспергированных пузырьков воздуха в водовоздушной смеси составлял в среднем 0,3 — 0,4 мм, а эффект флотационной очистки от нефтепродуктов не превышал 8 8%. С целью интенсификации процесса диспергирования воздушных пузырьков поверхность вихревого смесительного устройства была покрыта силикатной стеклоэмалью МК-5, позволяющей создавать высокие значения касательных напряжений в потоке вблизи стержня и стенок камеры.

Обработка водовоздушной смеси в ВСУ второй ступени с эмалевым покрытием позволила получить пузырьки воздуха с диаметром ^<0,2 мм.

Величина удельной площади границы раздела фаз «воздух - вода» в объеме флотатора при этом составила более 50 0 0 м2/м3.

Увеличение значения удельной площади границы раздела фаз при обработке водовоздушной смеси в ВСУ привело к существенному повышению эффективности очистки сточных вод на флотационной установке. Концентрация нефтепродуктов в очищенных сточных водах снизилась до 1-2 мг/л, эффект очистки увеличился до Э=93-97%.

Увеличение степени очистки воды от взвешенных веществ и нефтепродуктов на флотационных установках позволяет существенно улучшить условия работы фильтров доочистки, обеспечивающих глубокое изъятие из воды загрязняющих компонентов. Снижение эксплуатационных затрат при обслуживании филь-

тров доочистки также является актуальной проблемой, связанной с экономической эффективностью работы станций очистки промстоков. В связи с этим значительный интерес представляют исследования зернистых фильтров с намывным слоем сорбента, позволяющих одновременно удалять из воды как взвешенные вещества, так и нефтепродукты.

Принцип работы намывных фильтров состоит в пропускании обрабатываемой сточной воды через слой сорбента, который нанесен на зернистую загрузку (кварцевый песок). Намывать можно уголь, глину, природные цеолиты. При намыве порошкообразного активного угля (ПАУ) в кварцевый фильтр сорбент удерживается в результате прилипания частиц угля к зернам песка. Вследствие неравномерности намыва ПАУ потери напора в зернисто-намывном фильтре приходятся в основном на слои, находящиеся первыми по пути движения воды с сорбентом через фильтрующую загрузку, что ухудшает качество промывки данных слоев [3]. Как показали эксперименты, использование гравия в качестве внутреннего каркаса для песчаных фильтров позволяет лучше отмыть частицы верхних слоев песка от загрязнений при промывке фильтра и тем самым, увеличить время защитного действия загрузки [4].

Авторами была разработана энерго- и реагентосберегающая технология глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием ВСУ, флотационных установок и каркасно-засыпных фильтров (КЗФ) с намывным слоем сорбента.

Практическое внедрение новой технологии очистки стоков, содержащих нефтепродукты, было осуществлено на станции очистки производственных сточных вод предприятия машиностроения производительностью 50 0 м3/сут. До реконструкции очистной станции на данном предприятии была принята следующая схема очистки нефтесодержащих сточных вод. Промстоки непрерывно в автоматическом режиме перекачивались из накопителя в две нефтеловушки, объемом 50 м3 каждая. Время отставания стоков в нефтеловушках составляло от 2 до 4 часов. Удаление всплывших нефтепродук-тов производилось 3 раза в неделю. Из нефтеловушек стоки поступали в накопитель очистной станции, откуда насосом 1 (рис. 2, а) равномерно в течение 20 часов перекачивались на два многокамерных флотатора 3 глубиной 2,0 м конструкции ЦНИИ МПС производительностью до 20 м3/ч каждый.

Рис.2 Схемы очистки производственных сточных вод машиностроительного завода:

а) до реконструкции; б) после реконструкции: 1 - подающий насос; 2 - гидроцик-лонный смеси-

тель; 3 - флотатор;4 - водоприемный лоток; 5 - фильтр с керамзитовой загрузкой; 6 - промежуточный бак; 7 - повысительный насос; 8 - рециркуляционный насос;

9 - эжектор; 10 - сатуратор; 11 - диафрагмы; 12, 12х- насосы-дозаторы коагулянта и флокулянта; 13 - насос-дозатор угольной пульпы; 14 - каркасно-засыпной фильтр;

15 - компрессор; 16, 17 - ВСУ первой и второй ступеней; 18 - фильтр с активным углем

Очистка на каждой флотационной установке осуществлялась методом напорной флотации с рециркуляцией 50% очищенной воды, которая насыщалась воздухом через эжектор 9, установленном на байпасной линии насоса 8. Растворение воздуха осуществлялось в сатураторе объемом 0,6 м3 при давлении (3,5-4)-105 Па. Расход рециркуляционного потока распределялся следующим образом: 25% водовоздушной

смеси подавалось в гидроциклон 2, остальные 75% распределялись равномерно по двум флотационным камерам. Приведенный к поверхности выделения расход воды во флотаторе составлял дж=3,5 м3/ч-м2. Подача коагулянта (полиоксихлорида алюминия) с дозами 38-45 мг/л производилась насосом-дозатором

12 во всасывающей трубопровод центробежного насоса 1, а подача флокулянта К-555 с дозами 5 мг/л -насосом- дозатором 12х в гидроциклонный смеситель 2. Очищенный на флотационной установке сток из лотка 4 самотеком поступал на фильтр 5 с зернистой загрузкой из дробленого керамзита ^=1,2-1,8 мм) для удаления взвешенных веществ и собирался в резервуаре 6. Далее осветленная вода насосом 7 перекачивалась на напорные фильтры с активированным углем 18, где осущест- лялась ее глубокая доочистка от нефтепродуктов.

На очистной станции были установлены 2 сорбционных фильтра диаметром 2,5 м, каждый из которых имел загрузку из активированного угля марки БАУ высотой 2 м. Общий объем загрузки составлял 9,8 м3. Регенерация загрузки производилась 2 раза в месяц в два этапа. На первом этапе осуществлялось пропаривание фильтрующей загрузки острым паром, на втором этапе - промывка горячей водой. На данные операции требовался объем пара, имеющий общую теплотворную способность 13,2 Гкал. При стоимости 1 Гкал пара 412 руб. (в ценах 200 9 г.) расходы на промывку составляли 2 60 тыс. руб. Кроме того, при каждой промывке фильтра происходили потери загрузки в объеме 0,03 м3, что при стоимости 1 м3 загрузки 42 тыс. руб. в сумме составляло более 60 тыс. руб. в год.

Очищенная вода после сорбционных фильтров под остаточным напором поступала в количестве 50 м3/сут в резервуар охлажденной воды для подпитки оборотной системы водоснабжения, остальные 450 м3/сут сбрасывались в городскую канализацию. Подпиточная вода должна была содержать нефтепродуктов не более 0,2 мг/л, взвешенных веществ - не более 3 мг/л. Вода, сбрасываемая в городскую канализацию, имела ограничения по концентрациям нефтепродуктов, согласно ПДК, в пределах 0,17 мг/л.

При эксплуатации установок, входящих в технологическую схему очи-стки сточных вод, приведенную на рис. 2, а были выявлены следующие недостатки:

1. Эффект флотационной очистки стоков от нефтепродуктов был недостаточно высоким вследствие

низкого газонасыщения (3-4 %) водовоздушной смеси, поступающей в камеры флотатора из гидропнев-

мобака (сатуратора)10. Увеличение до 5 % относительного объема воздуха, поступающего в эжектор 9, приводило к срыву нормального режима работы рециркуляционного насоса.

2. Фильтр 5 с керамзитовой загрузкой недостаточно эффективно удерживал взвешенные вещества, что приводило к их проскоку на фильтры 18 с гранулированным активированным углем и снижало их сорбционную емкость.

3. При регенерации сорбционных фильтров имел место вынос активированного угля вместе с отработанным паром и горячей водой (до 0,1-0,12 м3 с одного фильтра при

каждой регенерации).

Для устранения вышеуказанных недостатков была сделана реконструкция очистной станции и внедрена схема (см. рис. 2, б), предусматривающая смешение 50%-ного рециркуляционного потока воды с

воздухом, подаваемым компрессором 15 производительностью 1,5 м3/ч в ВСУ первой ступени 16 и последующее диспергирование водовоздушной смеси в ВСУ второй ступени 17 с эмалевым покрытием. Полученная водовоздушная смесь с газонасыщением 20-24% под остаточным напором (без дроссели-рования) поступала в рабочие камеры флотатора 3. Предварительно очищен-ный сток из лотка 4 самотеком поступал на каркасно-засыпной фильтр (КЗФ) 14 с гравийно-песчаной загрузкой общей высотой. Высота гравийного каркаса составляла 1,6 м, высота песчаной загрузки - 1,0 м. Крупность гравия составляла 20-40 мм, диаметр частиц песка 1-2 мм. В трубопровод, соединяющий флотатор и КЗФ с помощью насоса-дозатора 13 подавалась угольная пульпа с дозой 10 мг/л. Подача угольной суспензии осуществлялась ежечасно в течение 10-15 мин. Таким образом, осредненная доза угля за весь фильтро-цикл составляла 1,7-2,5 мг/л. В качестве порошкообразного сорбента для приготовления пульпы использовался активированный уголь марки КАД-М.

Результаты сравнительных испытаний ранее существующей и новой технологий очистки производственных сточных вод предприятия приведены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты сравнительных испытаний технологий очистки промышленных сточных вод

Показатели

Режим работы станции очистки производственных сточных вод Концентрация загрязнений на входе во флотатор нефтепродукты, взвесь мг/л Газона- сыщение флотаци- онного объема, Дозы коагу гулян лян- та, мг/л Концентрация загрязнений на выходе из флотатора нефтепродукты, взвесь, мг/л Дозы ПАУ, мг/л Концентрация загрязнений на выходе из фильтра с ДК нефтепродукты взвесь, мг/л Концентрация загрязнений на выходе из сорбционного фильтра нефтепродукты, взвесь мг/л

До рекон- 18-38 1,2-1,5 38-42 3,2-4,0 - 2,8-3,7 0,15-0,4

струкции 32-56 17,5-19 4-6 2,2-3,0

После ре- 19-34 7,8-8,2 18-20 3,0-3,8 10 - 0,15-0,2

конструкции 34-55 15-17 1,5-2,5

Таким образом, предлагаемая технологическая схема, предус-матривающая реагентосберегающую флотационную очистку нефтесодержащих стоков во флотаторе с использованием ВСУ и последующую их очистку на зернистом фильтре с периодической подачей порошкообразного сорбента (активированного угля), позволяет не только использовать очищенную воду для подпитки оборотной системы водоснабжения предприятия, но и сбрасывать ее в городскую канализацию без превышения требуемых норм ПДК по нефтепродуктам.

Новая технология глубокой очистки нефтесодержащих сточных вод может быть рекомендована при проектировании и реконструкции станций очистки сточных вод предприятий теплоэнергетики и машиностроения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Адельшин А.Б. Технология очистки нефтесодержащих промышленных сточных вод / А.Б. Адельшин, А.А. Адельшин, Б.М. Гришин С.Ю. Андреев, М.В. Бикунова, Л.Б. Гришин // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2009. - №9. - С. 64-68.

2. Андреев С.Ю. Исследование вихревых смесительных устройств с эмалевыми покрытиями для интенсификации работы флотационных установок/ С.Ю. Андреев. Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Л.Б. Гришин// Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2008. - №11-12. - С. 43-49.

3. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. - Л.: Химия,1982. - С. 168.

4. Андреев С.Ю. Очистка нефтесодержащих сточных вод машиностро-ительного завода/ С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Л.Б. Гришин, Е.А. Савицкий// Региональная архитектура и строительство. - Пенза, Пензенский ГУАС. - 2009. - №1 (6). - С.42-49.