Читайте также:
|
Общим признаком данной группы методов очистки является то, что в их основе лежит гравитационная сепарация нефтепродуктов, взвесей и воды.
Механическая очистка является самым распространенным методом обработки воды, содержащей нефтепродукты и взвеси. В процессе механической очистки из сточных вод удаляются крупные загрязнения и крупнодисперсные примеси (более 60 мкм), находящиеся как в твердом, так и в жидком состоянии, в том числе нефтепродукты. На сооружениях механической очистки эффект снижения взвешенных веществ составляет 40-60%, что приводит также к снижению величины БПКПОЛН. на 20-40%.
Назначение механической очистки заключается в подготовке сточных вод при необходимости к биологическому, физико-химическому или другому методу более глубокой очистки.
Механическую очистку осуществляют методами процеживания, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. Сооружения механической очистки сточных вод предназначены для задержания нерастворенных примесей, к ним относятся решетки, сита, песколовки, отстойники, пруды-накопители, гидроциклоны, центрифуги и фильтры различных конструкций. Для очистки производственных сточных вод, содержащих специфические загрязнения, применяют сооружения, называемые нефтеловушками, жироловками, масло- и смолоуловителями. [1, 5, 22]
§ Решетки являются первым элементом всех технологических схем чистки сточных вод. Они устанавливаются перед песколовками при поступлении сточных вод самотеком. В большинстве конструкций решетки выполняют из расположенных параллельно друг другу стальных стержней различного сечения, закреплённых в раме для обеспечения их жесткости. Расчет решеток производится на максимальный приток сточных вод (м3/с или м3/ч) или на пропускную способность очистной станции (м3/ сут.);
§ Песколовки используются для выделения механических минерального состава, главным образом песка, с размером частиц более 0,2—0,25 мм при пропускной способности станции очистки сточных вод более 100 м3/сут. Принцип действия песколовок основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидкости. Они классифицируются по направлению движения жидкости, самые простейшие горизонтальные песколовки - щелевые - представляют собой резервуары с треугольным или трапециидальным поперечным сечением. Песколовки рассчитываются на максимальный расход сточных вод и проверяются на минимальный приток.
§ Отстаивание применяется для выделения из сточных вод грубодиспергированных примесей с плотностью, отличной от плотности воды. Под действием силы тяжести частицы загрязнений оседают на дно сооружения или всплывают на его поверхность. Отстаивание является самым простым, наименее энергоемким и дешевым методом.
Основной исходный параметр при технологическом расчете отстойников — скорость осаждения взвешенных частиц (гидравлическая крупность). Скорость осаждения зависит от следующих факторов: размера частицы и ее формы; плотности частицы и воды, в которой происходит осаждение; вязкости воды; скорости и направления потока воды в отстойнике.
В естественных условиях нефтяное загрязнение в воде уменьшается на 15% в течение 2 – 7 суток при температуре до 5о и на 40% - 50% при температуре до 20о.
Относительная простота отстойных сооружений обусловливает их широкое применение на различных стадиях очистки сточной воды и обработки образующихся осадков. В зависимости от своего назначения и расположения в технологических схемах очистки сточных вод отстойные сооружения подразделяются на следующие: отстойники — первичные, вторичные и третичные (контактные резервуары); илоуплотнители; осадкоуплотнители.
Первичные отстойники располагаются в технологической схеме очистки сточных вод непосредственно за песколовками и предназначаются для выделения взвешенных веществ из сточной воды, что при достигаемом эффекте осветления 40-60% приводит также к снижению величины БПК в осветленной сточной воде на 20-40% от исходного значения.
Вторичные отстойники являются составной частью сооружений биологической очистки, располагаются в технологической схеме непосредственно после биоокислителей и служат для отделения активного ила от биологически очищенной воды.
Нефтеловушки применяются для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефть и нефтепродукты при концентрации более 100 мг/л. Эти сооружения представляют собой прямоугольные вытянутые в длину резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, а содержащиеся в сточной воде минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки.
· Разделения в центробежном поле осуществляется в аппаратах двух типов:
а) центрифуги это приводные аппараты, в которых вращательное движение жидкости передается от вращающихся элементов конструкции, связанных с приводом;
б) гидроциклоны неподвижные аппараты, у которых вращение жидкости возникает в результате тангенциального входа потока в рабочий объем аппарата.
Центрифуги имеют большое число конструктивных разновидностей. Разделение неоднородных систем центрифугированием, можно рассматривать как процесс свободного или стесненного осаждения взвешенных частиц (твёрдых и жидких) в жидкости под действием центробежного силового поля. Центробежная сила возникает при вращении центрифуги и находящейся в ней жидкости как сила инерции при вращательном движении тел. Она направлена всегда по радиусу от оси вращения к периферии и характеризуется фактором разделения Fr, показывающим во сколько раз центробежная сила больше силы тяжести. Разделение производится как по принципу отстаивания в сплошных барабанах, так и по принципу фильтрования в перфорированных барабанах.
Наложение на нефтеводяную эмульсию больших центробежных сил позволяет добиться глубокой очистки, центрифуги эффективнее циклонов. Однако достижение разделения, обеспечиваемое за счет увеличения угловой скорости ротора центрифуги, связано с возрастанием требований к прочности и устойчивости центрифуги, усложнением ее конструкции, ограничением ее пропускной способности. Для очистки больших объемов нефтесодержащих сточных вод центрифуги применения не находят.
Циклоны и гидроциклоны обладают рядом существенных достоинств: просты по конструкции, компактны, дешевы в изготовлении, просты и надежны в эксплуатации.
Большее число конструкций представляют собой вертикальный корпус (рис.1.3), состоящий из верхней цилиндрической части 3, закрытой сверху крышкой 5, к которой примыкает широким основанием нижняя часть, имеющая вид усеченного конуса 2. Подача двухфазной жидкости осуществляется под давлением через питающий патрубок 6, установленный тангенциально к цилиндрической части, в связи с чем такие гидроциклоны называют напорными.
Механизм разделения в циклонах заключается в движении под действием центробежной силы твёрдых частиц по винтовой траектории вдоль стенок вниз к нижнему выпускному отверстию 1, через которое они выводятся из гидроциклона вместе с водой. Жидкие частицы под действием центробежной силы концентрируются вблизи оси, и в центре гидроциклона образуются восходящие потоки легких фракций. Чем меньше глубина погружения патрубка 4, через которые они удаляются, тем больше и крупнее взвесь идет по нему в слив. Поднимаясь вверх вместе с внутренним круговым потоком, нефть выводится из аппарата вместе с некоторым количеством воды через верхний патрубок 4. [22, 23]
К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести:
1) высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии;
2) сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок;
3) отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы;
4) возможность создания компактных автоматизированных установок.
Для механической очистки производственных сточных вод от взвешенных веществ могут быть применены открытые и напорные гидроциклоны.
По сравнению с гравитационными отстойниками гидроциклоны работают с большей гидравлической нагрузкой, однако производительность их невелика. Эффект очистки воды от нефти зависит от конструкции гидроциклона, изменяется в пределах 84-99%.
§ Фильтрование - процесс разделения неоднородных систем в искусственно созданных условиях с помощью пористых перегородок. Фильтрование применяется в тех случаях, когда загрязнения находятся в виде тонкодиспергированных взвешенных частиц твёрдых и жидких веществ, вследствие чего слишком медленно осаждаются, или когда необходимо выделить твёрдую фазу, содержащую минимальное количество жидкости. Фильтрование применяют после очистки сточных вод в отстойниках или после биологической очистки.
Применительно к очистке от нефти и нефтепродуктов этот процесс основывается на задерживании дисперсных частиц пористой перегородкой под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородками и вакуума после. В зависимости от используемой перегородки фильтры делятся на тканевые или сетчатые, каркасные или намывные, зернистые или мембранные. Фильтрование через различные сетки и ткани обычно применяют для удаления грубо дисперсных частиц. Более глубокую очистку нефтесодержащей воды можно осуществлять на каркасных фильтрах. Пленочные фильтры очищают воду на молекулярном уровне.
Общим недостатком всех фильтров является то, что в результате их регенерации образуются высокоэмульгированные и весьма стойкие эмульсии, существенно затрудняющие утилизацию выделенных нефтепродуктов.
4.2.2.2.Физико-химические методы
Область применения физико-химических методов широка. Им отдаётся предпочтение, когда очистка сточных вод невозможна или недостаточна при использовании собственного запаса энергии системы. Поэтому наибольшее распространение они получили в системах очистки производственных сточных вод, на городских очистных сооружениях, как правило, на стадии доочистки сточных вод.
Для реализации физико-химических процессов в очистке сточных вод обязательно наличие источника внешней энергии: электрической, химической, тепловой, механической. В схемах очистки сточных вод получили распространение такие методы:
§ Флотация основана на различной смачиваемости частиц и капель жидкостью, их избирательном прилипании к поверхности раздела двух фаз и используется для удаления примесей, которые плохо отстаиваются. Процесс флотации широко применяют при обогащении полезных ископаемых, а также при очистке сточных вод.
Процесс очистки стоков при флотации заключается в следующем: поток жидкости и поток воздуха в виде мелких пузырьков в большинстве случаев движутся в одном направлении. Взвешенные частицы загрязнений находятся во всем объеме сточной воды, и при совместном движении с пузырьками воздуха происходит агрегатирование частицы с воздухом. Всплывая, пузырьки увлекают частицы загрязнений.
Различают пенную, пленочную, масляную и другие виды флотации.
Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха или газа. По этому принципу выделяют следующие способы флотационной обработки сточных вод:
1) флотация с механическим диспергированием воздуха (пневматическая, импеллерная, струйная);
2) флотация с выделением воздуха из раствора применяется в практике очистки сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений, поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки воздуха. В зависимости от того, как создаётся пересыщенный раствор воздуха в воде, рассматриваемый способ флотации можно подразделить на вакуумную и напорную.
3) электрофлотация.
Если флотация проводится без добавления реагентов, то такая флотация относится к физическим способам очистки сточных вод. Если флотационный процесс идет с добавлением химических реагентов, то такая очистка сточных вод считается физико-химической. Применение химических реагентов улучшает качество очистки воды, но вызывает образование большого количества шлама, нуждающегося в дальнейшей переработке.
Флотация применяется в основном на нефтепромысловых и нефтеперерабатывающих предприятиях и там, где сточные воды содержат отходы нефти, смолы и продукты её переработки, поскольку обеспечивает высокий эффект очистки. Однако из-за отсутствия достоверного описания гидродинамики процесса в существующих аппаратах, физико-химических условий флотации, а также процессов в пенном слое модели процесса не позволяют с необходимой точностью предсказывать результаты флотации. Коагуляция и флокуляция - – объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты вследствие адгезии при соударениях.Загрязнения, относящихся по физико-химическим свойствам к коллоидным не осаждаются и не задерживаются обычными фильтрами. Они образуют устойчивые системы, по внешним признакам сходные с истинными растворами.
Для вызывания или ускорения отделения дисперсионной фазы от дисперсионной среды используются различные вещества, называемые коагулянты. При добавлении коагулянтов в воде образуется малорастворимые основания, уменьшается заряд коллоидной системы, и нарушается её агрегативная устойчивость. В результате коагуляции дисперсная система сточных вод может утратить седиментационную устойчивость и стать доступной для эффективного применения разделительных процессов. В этом смысле коагуляция не является методом очистки воды, а лишь подготовительной стадией. Наряду с явлениями коагуляции происходит сорбция многих дисперсных загрязнений сточных вод на обладающих развитой поверхностью коагулянтах. При этом могут извлекаться вещества, не участвовавшие в текущем процессе коагуляции.
В качестве коагулянтов часто используют сульфат алюминия Al2(SO4)3·18H2O; сульфаты II и III валентного железа: Fe2(SO4)3·2H2O, Fe(SO)4·3H2O, FeSO4·7H2O и хлорид железа FеС1з.Для интенсификации процессов отделения скоагулированных загрязнений применяют реагенты, называемые флокулянтами. Флокулянты способствуют образованию из дисперсной фазы хлопьевидных трехмерных структур (флокул), обладающих хорошими седиментационными свойствами, и могут быть как неорганическими, так и органическими веществами. Причина возникновения трехмерных структур заключается в адсорбции молекул флокулянта одновременно на нескольких частицах с образованием между ними полимерных мостиков.
Коагуляция и флокуляция могут обеспечивать высокую степень очистки, однако проблема образующегося шлама является серьёзным недостатком данного метода очистки.
§ Сорбция - равновесный процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом, жидкостью или газом. Поглощающее тело называется сорбентом, апоглощаемое – сорбатом. Процесс поглощения вещества всем объёмом жидкого или газообразного сорбента – абсорбция и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента - адсорбция. Сорбция, обусловленная химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.
Существуют два вида сорбции: статическая, когда молекулы вещества не перемещаются относительно сорбента и динамическая, когда жидкость фильтруется сквозь сорбент. В технологии очистки сточных вод в основном используют адсорбционный процесс на развитой твердой поверхности сорбентов. Адсорбция растворенных веществ является результатом перехода молекул растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием разности межмолекулярных взаимодействий двух видов: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности сорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разностью этих двух сил извлеченное из раствора вещество удерживается на поверхности сорбента.
В качестве сорбентов применяют природные материалы, отходы некоторых производств, активные угли и синтетические сорбенты. Основная их характеристика - сорбционная емкость, которая характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).
Природные пористые материалы, такие как торф, активные глины и производственные отходы (зола, коксовая мелочь, силикагели, алюмогели) обладают малой сорбционной емкостью. Эффективными сорбентами являются активные угли различных марок, пористость их составляет 60-75 %, а удельная поверхность 400-900 м2/г.
В настоящее время синтезировано достаточно много полимерных пористых материалов, в процессе производства структура которых пор может направленно изменяться в очень широких пределах.
Схема сорбционной очистки и тип адсорбера выбираются в зависимости от области применения метода сорбционной очистки, места расположения адсорберов в комплексе очистных сооружений, состава сточных вод, вида и крупности сорбента. Процесс сорбции может осуществляться при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании через неподвижный слой или в псевдоожиженном слое на сооружениях периодического или непрерывного действия.
Сорбционные методы относятся к наиболее эффективным для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ. Они могут применяться самостоятельно или совместно с другими методами предварительной и глубокой очистки сточных вод. Преимуществами сорбционных методов являются и возможность адсорбции веществ из многокомпонентных смесей, и высокая эффективность при малых концентрациях загрязнений сточных вод. Они весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией использованием очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.
Недостатки метода – высокая стоимость и невозможность в некоторых случаях осуществления регенерации адсорбента, необходимость утилизации.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 179 | Нарушение авторских прав