Эффективная очистка сточных вод с помощью новой технологии флотации

28 августа 2017 г.

5

Статьи Статьи партнеров Эффективная очистка сточных вод с помощью новой технологии флотации

В результате исследований предложено усовершенствовать конструкцию флотаторов для лучшего извлечения из сточных вод нефтепродуктов, жиров, взвешенных частиц.

В настоящее время для очистки воды от нефтепродуктов наиболее часто применяется метод флотации. В первую очередь, это обусловлено тем, что масла и нефтепродукты являются гидрофобными веществами и их плотность значительно меньше плотности воды.

Метод флотации имеет следующие неоспоримые достоинства: непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простое аппаратное оснащение, селективность выделения примесей, большая скорость (по сравнению с отстаиванием), высокая степень очистки (95-98%) и возможность рекуперации удаляемых веществ.

Флотация основана на способности пузырьков газа, введённых в обрабатываемую воду, закрепляться на взвешенных частицах и подниматься вместе с ними на поверхность, осветляя воду. Процесс может происходить как с добавлением реагентов, так и без него.

В зависимости от способа получения в воде пузырьков, существуют следующие способы флотационной очистки ([1], [2], [3]):
1) флотация пузырьками, образующимися путём механического дробления воздуха (механическими турбинами-импеллерами, форсунками, с помощью пористых пластин и каскадными методами);
2) флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных растворов воздуха в воде (вакуумная, напорная);
3) электрофлотация.

В процессе многолетней эксплуатации перечисленных технологий и конструкций флотаторов был определён ряд их недостатков, снижающих глубину извлечения нефтепродуктов. Основными из них являются следующие:

  • неравномерность насыщения воздушными пузырьками загрязнённой нефтепродуктами воды в объёме флотатора;
  • неоптимальный спектр диаметров воздушных пузырьков;
  • турбулентные процессы на поверхности воды, разрушающие слой флотопены;
  • забивание (зарастание) относительно небольших проходных сечений воздухоформирующих устройств (аэрирующие сопла, коллекторы и т.п.).

После детального анализа причин неустойчивой и ненадёжной работы используемых на очистных сооружениях флотаторов, были проведены исследования, направленные на поиск новой конструкции устройства, которая сформирует оптимальный спектр флотационных пузырьков при ещё больших размерах проходных отверстий аэрирующих сопел (для предотвращения забивания) и, соответственно, при больших расходах воды. Также выяснилось, что необходима замена конструкций аэрирующих коллекторов, обеспечивающих последовательную раздачу водовоздушной смеси от начала до конца коллектора.

Разработанное в результате нестандартное оборудование представляет собой единую конструкцию – флотореактор (рис. 1), в состав которого входит эжектор, камера подпора, дросселирующая шайба и выходное распределительное устройство. С помощью эжектора в поток очищаемой воды подсасывается требуемое количество воздуха, контролируемое регулятором. Конструкция эжектора позволяет получать на его выходе мелкие пузырьки воздуха размером от нескольких микрон до 1 мм даже при проходном сечении сопла эжектора около 30 мм. При этом производительность такого сопла составляет около 50 м3/ч. Это позволяет практически исключить засорение эжекторов при их эксплуатации.

Дросселирующей шайбой в камере подпора создаётся давление, необходимое для формирования мелких флотационных пузырьков. С помощью выходного распределительного устройства формируется поток очищаемой воды, насыщенной мелкими флотационными пузырьками. Веерообразная конфигурация выходных труб распределительного устройства обеспечивает спокойное, практически без возмущения на поверхности воды во флотаторе вытекание очищаемой воды в непосредственной близости от поверхности. Большие проходные отверстия и небольшие длины выходных труб, а также их параллельная работа исключают засорение этих труб в процессе работы.

При использовании такого флотатора повышается производительность очистной установки

Производительность флотореактора может быть от 1 до 50 м3/ч. Возможна параллельная работа нескольких флотореакторов.

По физико-химическим показателям вода, нейтрализованная и очищенная от нефтепродуктов в данном флотаторе, пригодна для возвращения в технологический оборот.

Разработанная модель предназначена для флотационной очистки сточных вод автомоек, а также сильно загрязнённых промышленных стоков предприятий нефтехимии, мясомолочной промышленности, масложировых производств, предприятий, обслуживающих железнодорожный транспорт, прачечных и т.д., для очистки от жиров, масел, взвешенных веществ, нефтепродуктов, органических примесей, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и других загрязнений.

На сегодняшний день большинство предлагаемых очистных сооружений для автомоек осуществляет очистку только за счёт сорбционных фильтров различных конструкций. Реализация такой схемы очистки предполагает частую замену сорбирующего материала. Существующая технология обеспечивает требуемое качество очищаемой воды, но накопившиеся в фильтре нефтепродукты и взвешенные вещества не удаляются из контура очистки, а при промывке фильтров сбрасываются в подземный бак-накопитель. Это приводит к постоянному увеличению количества нефтепродуктов в баке-накопителе и вызывает необходимость часто полностью останавливать работу автомойки для выполнения данной операции. Для увеличения периода работы сорбционных фильтров между промывками предлагается использовать флотаторы новой конструкции производительностью до 6 м3/ч.

В предлагаемых флотаторах реализована прямоточная схема флотации, флотационные пузырьки формируются непосредственно в потоке очищаемой воды. Вода подаётся во флотатор через блок флотореактора погружным насосом из подземного бака-накопителя для сбора воды после мойки автомобилей (рис. 2 а, б).

а)                                                                                    б)


Рис.2 Работа флотореактора: а) – после включения, б) – после 40 секунд работы

Рис. 3 Ламинарная (зеркальная) поверхность очищаемой воды во флотаторе

Флотаторы, основанные на технических разработках ([4], [5], [6]), отличаются повышенной степенью очистки (по сравнению с одноступенчатыми схемами), более надёжной работой. Конструкция флотаторов позволяет использовать химические реагенты (коагулянты, флокулянты), что значительно увеличивает степень очистки воды.

Основная область применения флотаторов – локальная очистка производственных сточных вод автомоек, мясокомбинатов, молокозаводов, других предприятий пищевой промышленности, масложировых производств, локомотивных депо, пропарочных станций, кожевенных фабрик, прачечных и др. Очень удобен флотатор на небольших производствах, в условиях дефицита помещений, где нет возможности установить заглублённые ёмкости.

В августе 2016 года были проведены испытания флотатора с использованием флотореактора, установленного в «грязном» отсеке флотатора, на автомойке предприятия ПАО «Сатурн» (г.Киев). Образцы сточных вод из «грязного» отсека флотатора, из чистого отсека флотатора и после дополнительного фильтра были переданы для химического анализа в ТОВ «Укрхиманализ». Сертификат анализа показан на рис.4.

Как видно из документа, даже без дополнительного фильтра, результаты по содержанию взвешенных веществ, нефтепродуктов и остальных контролируемых веществ соответствуют нормативным требованиям. Это свидетельствует о том, что очищенную воду вполне допустимо использовать для повторного применения, минуя фильтровальные установки.

Рис.4
Таким образом, в процентном отношении эффективность очистки сточных вод на флотаторе с использованием разработанного фирмой МНТЦ «ИНТРЭК» ЛТД флотореактора приведена в Таблице 1.

Таблица 1

ПоказателиДопустимые концентрации загрязнений сточной воды на входе, мг/л

Эффективность очистки, %, не менее

 Взвешенные
вещества
 5 000 90
 Нефтепродукты 1 000 96
 Жиры 5 000 90
 ХПК 5 000 60
 БПКполн. 2 500 60
 ПАВ 300 60

В заключение необходимо отметить, что длительная эксплуатация флотореакторов на различных промышленных объектах выявила целый ряд их преимуществ по сравнению с традиционными схемами очистки сточных вод, а именно:

  • повышенную степень очистки (см. таблицу), которая позволяет в ряде случаев использовать очищенную воду повторно в технологическом цикле объекта, минуя участок механических фильтров;
  • равномерное насыщение рабочего объёма флотатора мелкодисперсными воздушными пузырьками, что способствует более полному извлечению на поверхность веществ, предназначенных для удаления из очищаемой воды;
  • ламинарное истечение рабочей среды, которое способствует формированию на поверхности устойчивого (сплошного) слоя флотопены (конструктивная особенность флотореактора);
  • высокую надёжность работы, которая обеспечена отсутствием «зарастания» относительно небольших проходных сечений воздухоформирующих устройств (аэрирующие сопла и т.п.).

В.П. Романцов, доктор техн. наук, директор МНТЦ «ИНТРЭК» ЛТД
В.В. Галицын, технический директор МНТЦ «ИНТРЭК» ЛТД