Флотационная очистка сточных вод

отложение взвешенных веществ в порах фильтрующего слоя;

отложение взвешенных веществ на поверхности фильтрующего слоя и в его порах.

Под действием  сил прилипания взвешенные вещества закрепляются на зернистом материале. Явление прилипания и отрыва частиц определяет ход процесса осветления воды.

В нефтяной и  нефтехимической промышленности обычно применяют фильтры с зернистой  загрузкой, которые по скорости фильтрования делятся на медленные, скорые и сверхскоростные. Зернистую загрузку размещают в  определенном порядке и во избежание  выноса ее из фильтра применяют специальные  дренажные системы и поддерживающие слои.

Таблица 7. Характеристика некоторых фильтрующих материалов

Скорость фильтрации и качество очистки зависят от характера загрузки. Использование  крупного фильтрующего материала приводит к увеличению пропускной способности  фильтра и снижению качества фильтрата. Мелкий фильтрующий материал улучшает качество фильтрата, но снижает скорость движения воды в фильтре и продолжительность  работы фильтра, а также вызывает перерасход промывочной воды.

При конструировании  фильтров нельзя использовать механические характеристики фильтров, работающих по очистке от одних примесей, для  фильтров, работающих с водами, содержащими  другие примеси.

Таблица 8. Основные параметры однослойных фильтров, применяемых для дополнительной очистки

К конструкциям зернистых фильтров предъявляются  следующие основные требования:

фильтрация должна идти в направлении убывающей  крупности загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых и  трудноразрушаемых при промывке пленок осадка на поверхности загрузки;

необходима интенсивная  промывка загрузки, обеспечивающая максимальное удаление загрязняющих веществ из загрузки;

фильтры должны обладать малой чувствительностью  к колебаниям качества воды и расхода;

фильтрующих материал должен обладать высокой прочностью и химической стойкостью, а также  минимальной стоимостью при прочих равных физико-химических свойствах. Открытые фильтры применяют одно-, двух- и  многослойные.

Открытые  фильтры

Открытый фильтр представляет собой обычно прямоугольный (в плане) резервуар, загруженный  фильтрующим слоем зернистого материала  и поддерживающими слоями, под  которыми размещена дренажная система, предназначенная для отвода фильтрованной  воды и равномерного распределения  промывочной воды. В верхней части  фильтра укреплены желоба для  подачи чистой и отвода грязной воды. Фильтр снабжен регуляторами расхода  воды, расходомерами и другим оборудованием. Высота слоя воды над загрузкой фильтра  обычно составляет 2 м. В нижней части  фильтра (при направлении фильтрации сверху вниз) расположены трубы для  отвода очищенной воды.

Регенерацию загрузки осуществляют горячей водой с  интенсивностью 6-8 л/(м2.с). Промывочную  воду выпускают на очистные сооружения. Сроки промывки определяются качеством  фильтрата. Если невозможно промыть  загрузку фильтра, ее необходимо заменить новой. Старую загрузку регенерируют (прокаливают), промывают и просеивают, после  чего ее снова можно применять.

Вода, прошедшая  через фильтр, должна быть прозрачной, а концентрация нефтепродуктов в  ней не должна превышать 10-15 мг/л.

Фильтры с плавающей загрузкой

С появлением новых  фильтрующих материалов изменяется и технология фильтрационной очистки  воды от нефтепродуктов. Перспективным  является использование плавающих  загрузок из различных полимерных материалов, обладающих достаточной механической прочностью, химической стойкостью, высокой  пористостью и необходимыми поверхностными свойствами. К числу таких материалов относится полистирол различных  марок, в том числе и пенополистирол.

Принципиально механизм процесса задержания нефтепродуктов фильтрами с плавающей гранулированной  загрузкой не отличается от механизма  фильтрования эмульсий через песчаные фильтры.

Разработаны различные  аппараты для вспенивания полистирола  с помощью горячей воды, пара, горячего воздуха.

В основном фильтры  с плавающей полистирольной загрузкой  рекомендуются для очистки природных  и доочистки сточных вод. Однако в связи с высокой адгезионной  способностью по отношению к нефтепродуктам их применяют и для разделения водонефтяных эмульсий. Плавающая загрузка позволяет значительно увеличить  скорость фильтрования, снизить начальное  содержание примесей и упростить  регенерацию фильтра.

Фильтры с эластичной загрузкой

Для очистки  нефтесодержащих сточных вод  разработана новая технология с  использованием эластичных полимерных материалов, в частности, эластичного  пенополиуретана. Этот материал имеет  открытоячеистую структуру со средним  размером пор 0,8-1,2 мм и кажущуюся  плотность 25-60 кг/м3. Эластичный пенополиуретан характеризуется высокой пористостью, механической прочностью, химической стойкостью, гидрофобными свойствами, что обеспечивает значительную поглощающую  способность по нефтепродуктам.

Технология работы фильтров следующая. Сточная вода по трубопроводу поступает в емкость  фильтра, заполненную измельченным пенополиуретаном размером 15-20 мм. Пройдя через слой загрузки, сточные воды освобождаются от нефтепродуктов и  механических примесей и через сетчатое днище отводятся по трубопроводу из установки. В процессе фильтрования загрузка насыщается нефтепродуктами  и периодически цепным ковшовым элеватором подается на отжимные барабаны для  регенерации. Отрегенерированная загрузка вновь поступает в емкость  фильтра, а отжатые загрязнения  по сборному желобу отводятся в разделочную  емкость.

Такие фильтры  целесообразно применять после  предварительной очистки стоков в песколовках и нефтеловушках. Очищенную воду можно использовать в техническом водоснабжении  промышленных предприятий.

Общим недостатком  всех рассмотренных фильтров (кроме  пенополиуретановых) является то, что  в результате их регенерации образуются высокоэмульгированные и весьма стойкие эмульсии, существенно затрудняющие утилизацию выделенных нефтепродуктов.

Коалесцирующие  фильтры

Под коалесценцией  понимают слияние частиц дисперсной фазы эмульсии, например нефтепродуктов, с полной ликвидацией первоначально  разделяющей частицы междуфазной  поверхности. Это приводит к изменению  фазово-дисперсного состояния и  укрупнению капель исходной эмульсии. Система становится кинетически  неустойчива и быстро расслаивается.

Наиболее широкое  распространение получил метод  коалесценции при фильтровании эмульсии через различные пористые материалы. В принципе, любой из рассмотренных  ранее фильтров при соответствующих  технологических параметрах и конструктивных изменениях может работать в режиме коалесценции. В этом случае назначение фильтрующего слоя принципиально изменяется. В обычных фильтрах он выполняет  функцию удерживающей среды, назначение нефильтрующей загрузки в коалесцирующих фильтрах - укрупнение мелких эмульгированных  капель нефтепродуктов в более крупные.

Конструктивно коалесцирующие фильтры практически  всегда объединяются с отстойниками или в отстойники встраиваются коалесцирующие элементы (насадки).

Отличительные и весьма существенные особенности  коалесцирующих фильтров:

высокие эффективность  разделения эмульсий и удельная производительность;

устойчивость  технологического процесса при значительных колебаниях концентрации нефтепродуктов и расхода сточных вод;

простота изготовления, эксплуатации и автоматизации;

длительный межрегенерационный период.

Метод коалесценции можно отнести к регенеративным методам, так как в результате протекающих процессов эмульсия разделяется на две фазы, одна из которых представляет собой нефтепродукты. Утилизация этих нефтепродуктов может  создать существенную дополнительную экономическую предпосылку в  реализации этого метода.

Наибольшее применение в практике разделения эмульсий метод  коалесценции нашел в нефтяной промышленности и на судах морского флота для  очистки нефтесодержащих сточных  вод, а также на заключительной стадии экстракционных процессов в химической промышленности и при обезвоживании  топливных материалов на транспорте.

Мембранный  метод

Исследование  процессов разделения с использованием молекулярных сит позволило выделить мембранный метод, как наиболее перспективный  для тонкой очистки. Этот метод, характеризуется  высокой четкостью разделения смесей веществ. Полупроницаемая мембрана - перегородка, обладающая свойством  пропускать преимущественно определенные компоненты жидких или газообразных смесей. Широко мембранный метод используют для обработки воды и водных растворов, очистки сточных вод, очистки  и концентрации растворов.

Мембраны

Процессы мембранного  разделения зависят от свойств мембран, потоков в них и движущих сил. Для этих процессов также важен  характер потоков к мембране со стороны  разделяемых сред и отвода продуктов  разделения с противоположной стороны.

Принципиальное  отличие мембранного метода от традиционных приемов фильтрования - разделение продуктов в потоке, т.е. разделение без осаждения на фильтроматериале осадка, постепенно закупоривающего  рабочую пористую поверхность фильтра.

Основные требования, предъявляемые к полупроницаемым  мембранам, используемым в процессах  мембранного разделения, следующие: