Очистка воды от ПАВ

Сейчас наиболее распространены напорные установки, где  насыщение воды воздухом производится под большим давлением для достижение глубины процесса и получения пузырьков воздуха соответствующего диаметра. Эти установки просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвеси до 4—5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты – соли железа и алюминия. 
 
 

Рис. Установка  напорной флотации 

Процесс напорной флотации осуществляется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением  и выделение растворенного газа под атмосферным давлением. Напорные флотационные установки имеют производительность от 5 до 2000 м3 /ч.

Напорные флотационные установки рекомендуется устанавливать  после нефтеловушек и отстойников для дополнительной очистки от нефтепродуктов сточных вод перед выпуском их в бытовую канализацию или при использовании очищенной воды в обороте. 

Для очистки  сточных вод от синтетических  ПАВ также используются установки  пенной флотации. Отличие данного типа флотации от напорной заключается в том, что загрязняющие частицы выносятся не с пузырьками воздуха, а с пеной. Такие установки получили название - барботажных. Для барботажа применяют мелкопористые аэраторы - фильтросные пластины или трубы - с подачей сжатого воздуха от воздухопроводов. Наряду с извлечением из биологически очищенных сточных вод ПАВ, установки пенной флотации обеспечивают также снижение концентраций взвешенных примесей и остаточных органических соединений. Содержание ПАВ уменьшается с 2-8 мг/л в исходной воде до 0,5-1,5 мг/л в очищенной воде, взвешенных веществ - на 45-50%, БПК, - на 50-60%, ХПК - на 55-65%. 

Для повышения  эффективности флотационной очистки  применяют коагулянты в виде растворов  сернокислого алюминия, сернокислого и хлорного железа, образующих в  щелочной среде нерастворимые гели гидроксидов металлов остаточное содержание ПАВ и нефтепродуктов в сточных водах после механической или физико-химической очистки составляет 10—20 мг/л, поэтому дальнейшую очистку проводят химическим или биохимическими методами. 

Разновидностью  флотации являются электрофлотационный и электрокоагуляционный методы очистки воды. 

Электрофлотационный способ очистки воды имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами очистки стоков флотации: простота изготовления аппаратов и несложность его обслуживания; возможность регулирования степени очистки стоков в зависимости от фазово-дисперсного состояния путем изменения только одного параметра (плотности тока) в технологическом процессе; высокая степень дисперсности газовых пузырьков, обеспечивающая эффективность прилипания к ним нерастворимых примесей; отсутствие вращающихся частей в рабочей зоне аппаратов, гарантирующее надежность их работы и исключающее перемешивание обрабатываемой жидкости и измельчение содержащихся в ней взвешенных частиц; дополнительная минерализация растворимых органических загрязнений с одновременным обеззараживанием стоков за счет образующихся на аноде продуктов электролиза – атомарного кислорода и активного хлора. 

Очистка водных стоков методом электрофлотации позволяет удалять из воды примеси, находящиеся в эмульгированном и суспендированном виде, взвешенные вещества и коллоидные частицы, а фильтрование на активном угле – примеси, находящиеся в растворенном виде, например, органический углерод, тяжелые металлы, а также позволяет снизить цветность обрабатываемых сточных вод. 

Электрофлотатор-фильтр состоит из прямоугольного корпуса (1), выполненного из пропилена, блока нерастворимых электродов (12), пеносборного устройства (6) и угольного фильтра (11). Загрязненная моющая жидкость через патрубок (2) поступает в камеру грубой очистки стоков. В ней происходит выделение ПАВ и наиболее крупных частиц загрязнений. Далее вода через вертикальную перегородку (7) переливается в камеру тонкой очистки для отделения мельчайших взвесей. Всплывшая пена вместе с загрязнениями сдвигается с поверхности жидкости пеносборным устройством со скребковым механизмом (6) в приемник пены (5), а вода через отверстия в нижней части перегородки (8) – на угольный фильтр. Отвод пены из установки осуществляется через патрубок (4), а очищенной воды через патрубок (10). Интенсификация процесса очистки стков может осуществляться путем дополнительного применения коагулянтов. В этом случае ввод рабочего раствора осуществляется через патрубок (3). Оптимальными параметрами процесса электрофлотосорбционной очистки стоков в установке производительностью 10 м3/ч являются: плотность тока 0,5–1,5 А/дм2, продолжительность процесса 20–25 мин. Эффекты очистки стоков составляют: по ПАВ – 98%, по химическому потреблению кислорода – 95%, взвешенным веществам – 99,9%, обесцвечиванию – 90%. Расход электроэнергии составляет 0,2–0,5 кВт•ч/м3. Габаритные размеры установки 2100x1115x1500 мм. 

Процесс очистки  стоков полностью автоматизирован. Система автоматизации предусматривает  автоматическое измерение, регулирование  и сигнализацию основных параметров технологического процесса: величины рН, расхода и уровней жидкости, степени очистки стоков, значений тока и напряжения. 

1 – корпус; 2 – патрубок для подачи стков; 3 – патрубок для подачи реагентов; 4 – патрубок для отвода пены; 5 – пеноприемник; 6 – пеносборное устройство; 7, 8 – перегородка; 9 – мотор-редуктор; 10 – патрубок для отвода воды; 11 – угольный фильтр; 12 – электроды. 

Для очистки  сточных вод, содержащих смеси ПАВ  суммарной концентрации 100–150 мг/л, а также взвешенные вещества и  коллоидные примеси, наиболее эффективным  оказывается сочетание процессов  электрофлотации, коагуляции и адсорбции. При электрокоагуляционной очистке сточных вод от ПАВ, нефтепродуктов, масел и жиров проводят электролиз с использованием стальных и алюминиевых анодов. Под действием тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа и алюминия, которые, гидролизуясь, образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев. Наступает коагуляция и происходит очистка воды. 

В заключение следует  сказать, что известны также и  другие разнообразные способы для  очистки промышленных сточных вод  от ПАВ, основанные на адсорбционных  технологиях с использованием природных  и синтетических адсорбентов, а  также адсорбентов, полученных переработкой отходов различных отраслей промышленности. Однако, указанные способы и устройства либо громоздки и многостадийны, либо не обеспечивают достаточной степени очистки и быстро теряют эффективность в условиях сильнозагрязненных (до 1 - 2 г/л) нефтепродуктами вод, что характерно для аварийных ситуаций и обычных условий водообеспечения в нефтедобывающих районах России. Кроме того, они, как правило, не обеспечивают комплексной очистки загрязненной нефтепродуктами воды от ПАВ, металлов и других вредных веществ. 

Но технологии по очистке сточных вод, используемые за рубежом, в наших условиях не всегда приемлемы (в первую очередь из-за высокой стоимости проводимых работ). Например, совсем недавно на отечественном  рынке появилась отечественная  ПАВ-озонная технология - технология очистки сильно- и среднезагрязненных вод (патент РФ № 2057722 от 10.04.1996 г.), сочетающая одновременно три процесса: окисление, коагулирование и флотацию. Особенностью ПАВ-озонной технологии является то, что коагулянты, флокулянты и флотореагенты не вносятся в очищаемую воду в виде химреактивов, а образуются в результате химического взаимодействия озона с имеющимися в воде органическими загрязнениями. Одновременно осуществляются обеззараживание, дезодорация, обесцвечивание за счет окислительного действия озона. 

В данной технологической  схеме как первичная, так и  вторичная ПАВ-озонная обработка осуществляются небольшими дозами озона (не более 10 г/м 3) и за небольшое время (10 мин.). Обработка в биореакторе с насадкой конструкции НПО "Экология-М" длится не более 1-1,5 часов, причем насадка находится в затопленном состоянии, что позволяет за столь короткое время достигать значительной степени минерализации загрязнений и нитрификации. Все сооружения весьма компактны и располагаются, как правило, в одном помещении, что значительно облегчает эксплуатацию, особенно в зимнее время, исключает неприятные запахи и опасность бактериального загрязнения, позволяет в десятки раз экономить задействованные земельные площади под очистные сооружения. Предлагаемая система испытана на опытном образце. Капитальные затраты при использовании ПАВ-озонной технологии снижаются в 3-5 раз по сравнению с типовыми сооружениями. 

Таким образом, очистка сточных вод от ПАВ  – сложная, комплексная задача, которая  достигается целым комплексом механических, химических, физико-химических, сорбционных  и биологических методов. 

С уважением,

к.х.н. О.В. Мосин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

4. Расчет  импеллерного флотатора

 

    Расчёт  ведём по рекомендациям  [6, c. 61].

    Расчёт  флотационной установки производится по следующим параметрам: а)продолжительность флотации от 20 до 30 мин; б)окружная скорость турбины 12 – 15 м/сек; в)диаметр рабочего колеса от 750 мм и больше; г) расчётная глубина камер на 10% выше статической глубины воды в них.

    Насыщение сточной воды воздухом составляет в  среднем 0,52 м³/м³; количество воздуха, засасываемое турбиной, 60 м³/ч.

    Увеличение  окружной скорости турбины приводит к повышению эффекта флотации и сокращению продолжительности  очистки. Для увеличения коэффициента использования воздуха и повышения экономичности процесса рабочий уровень воды во флотации должен составлять 1,5 – 3м.

    Расчёт  флотационной камеры производится по следующим формулам.

    Объём W (в м³) флотационной камеры[6, c. 61]:

                                                   (107)

где Q – расход сточной воды, м³/ч;

      t – продолжительность флотации, мин (обычно принимается равной 20-30 мин).

      м³.

    Принимаем 13 флотаторов.

    Объем одного флотатора:

     ,

    

     м³.

    Поверхность камеры F (в м²) [6, c. 62]:

    F=W/h                                                               (108)

где h – рабочая глубина флотационной камеры, м. Она равна 1,0 – 3,0 м [11, п.6.100]. Примем рабочую глубину 3 м. Тогда:

    F = 186,530 / 3 = 62,177 м².

    Камера  в плане принимается квадратной с длиной стороны b, равной 6d (диаметр турбины в м). Поверхность f, обслуживаемая одной турбинкой, не более 36 d² [6, c. 62].

    b=6d                                                                   (109) 

    f=36 d²                                                                (110)

    b=6•0,75 = 4,5 м;  f=36 • 0,75 ²  =20,25 м².

    Потребное число турбинок[6, c. 62]:                    

    n = F/f                                                                 (111)

    n = 62,177/20,25 = 3,070 3 штуки.

    

    Рекомендуется установка блоков турбинок флотационной машины № 7 Механобра с диаметром турбинки 750 мм и диаметром воздушной трубы 60 – 75 мм. Турбинка соединена с электродвигателем на одном валу или при помощи клиноременной передачи. Электродвигатель может размещаться над поверхностью воды во флотационной камере с пропуском вала в воздушной трубе. Электродвигатели должны применяться трёхфазные с короткозамкнутым ротором в закрытом исполнении.

    В одной флотационной камере большого размера можно разместить два-три  блока флотационных машин с самостоятельными воздушными трубками, отбойниками и  приводами.

    Количество  воздуха q_возд ( в м³/сек), засасываемое турбиной[6, c. 63]:

    q_возд= 0,000278 С                                                (112)

где С – расход воздуха на единицу площади флотационной камеры, м³/м²•ч (обычно 40-50 м³/м²•ч).

    q_возд =0,000278•45=0,1251 м³/сек.

    Количество  воды q_вод ( в м/сек), засасываемое турбиной[6, c. 63]:

    q_вод                                                                        (113)

где - коэффициент расхода, равный 0,65;

      - площадь живого сечения отверстий, через которые сточная вода поступает на турбину, м² (обычно 0,008 – 0,01 м²);

       Н – напор, с которым сточная вода поступает на турбину, м вод. ст.

    H=                                                                   (114)

где -кажущаяся плотность сточной воды, насыщенной воздухом.

    Кажущаяся плотность сточной воды, насыщенной воздухом, устанавливается на основании следующей зависимости[6, c. 63]:

     = 0,67                                                   (115)