ТЕНДЕНЦИИ  ИНТЕНСИФИКАЦИИ  ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ  СПОСОБОВ  ОЧИСТКИ  НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ  ВОД

Еськин  Антон  Андреевич

ассистент  кафедры  Инженерных  систем  зданий  и  сооружений,  ДВФУ,  г.  Владивосток

E-mail:  eskin.aa@dvfu.ru

Амёхина  Антонина  Валерьевна

студентка  4-ого  курса  кафедры  Инженерных  систем  зданий  и  сооружений,  ДВФУ,  г.  Владивосток

E-mail: 

Слепенчук  Александр  Андреевич

студент  4-ого  курса  кафедры  Инженерных  систем  зданий  и  сооружений,  ДВФУ,  г.  Владивосток

E-mail: 

INTENSIFICATION  TRENDS  OF  PHYSICAL  AND  CHEMICAL  METHODS  FOR  OILY  WATERS  TREATMENT

Eskin  Anton  Andreevich

assistant  lecturer  of  department  Engineering  systems  of  buildings  and  constructions,  FEFU,  Vladivostok

Amyokhina  Antonina  Valerievna

student  of  department  Engineering  systems  of  buildings  and  constructions,  FEFU,  Vladivostok

Slepenchuk  Alexander  Andreevich

student  of  department  Engineering  systems  of  buildings  and  constructions,  FEFU,  Vladivostok

Исследование  выполнено  при  поддержке  Программы  «Научный  фонд»  ДВФУ,  грант  №  12-08-13023-м-18/13.

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены  основные  тенденции  развития  физико-химических  способов  очистки  сточных  нефтесодержащих  вод.  Представлен  обзор  наиболее  перспективных  устройств  очистки  сточных  вод  электрофлотацией,  напорной  флотацией,  флотацией  с  применением  коагуляции.  Выявлены  технические  решения  позволяющие  интенсифицировать  процесс  извлечения  тонкоэмульгированных  частиц  из  сточных  нефтесодержащих  вод.

ABSTRACT

We  have  considered  the  basic  tendencies  of  physical  and  chemical  methods  of  cleaning  oily  waste  water.  Hereafter  is  an  overview  of  the  most  promising  devices  of  wastewater  treatment  via  use  of  electroflotation,  pressure  flotation  and  flotation  with  the  application  of  coagulation.  We  have  identified  technical  solutions  allowing  to  intensify  the  process  of  finely  emulsify  particles’  extraction  from  waste  oily  water.

Ключевые  слова:  нефтесодержащие  воды;  напорная  флотация;  электрофлотация;  коагуляция.

Keywords:  oily  water;  pressure  flotation;  electroflotation;  coagulation.

Введение

Нефтепродукты  являются  одними  из  наиболее  распространенных  антропогенных  загрязнителей  поверхностных  водоемов  и  водотоков,  а  в  некоторых  регионах  также  и  подземных  источников  питьевого  водоснабжения.  Они  попадают  в  окружающую  среду  в  результате  сброса  неочищенных  и  недостаточно  очищенных  нефтесодержащих  сточных  вод,  техногенных  аварий,  вследствие  неорганизованного  отвода  ливневого  и  талого  стоков  с  территорий,  загрязненных  различными  нефтепродуктами  и  маслами. 

В  РФ  основным  способом  очистки  сточных  нефтесодержащих  вод  предприятий  хранения  и  переработки  нефтепродуктов,  сточных  вод  ТЭЦ  и  других  промышленных  предприятий,  является  применение  устройств  механической  очистки,  таких  как  нефтеловушки,  буферные  резервуары,  песколовки,  принцип  работы  которых  основан  на  отстаивании.  Использование  данных  устройств  позволяет  понизить  остаточное  содержание  нефтепродуктов  до  50—300  мг/л  и  более  в  зависимости  от  дисперсности  частиц  нефтяной  эмульсии.  Однако  согласно  требованиям  нормативных  документов  [2]  содержание  нефтепродуктов  в  сточных  водах  должно  составлять  не  более  0,1—0,3  мг/л.  Получить  такую  степень  очистки  возможно  только  с  использованием  физико-химических  или  электрохимических  методов  [9].  Основным  недостатком  данных  методов  являются  высокие  эксплуатационные  затраты,  в  связи  с  этим  оказывается  перспективной  разработка  новых,  более  эффективных  устройств  очистки.  Неотъемлемой  частью  такой  разработки  является  поиск  тенденций  развития  устройств  физико-  и  электро-химической  очистки.

На  основании  проведенного  патентного  поиска  выявлено,  что  наибольшее  распространение  по  частоте  патентования  устройств  очистки  нефтесодержащих  вод,  получили  устройства  реализующие  очистку  электрофлотацией  и  электрокоагуляцией,  напорной  флотацией,  флотацией  с  применением  коагулянтов.

Электрохимические  методы  очистки

Электрохимические  методы  очистки  традиционно  подразделяют  на  электрокоагуляцию  и  электрофлотацию.  При  электрокоагуляции  через  очищаемую  сточную  воду  пропускают  постоянный  электрический  ток,  при  этом  частицы  нефтепродуктов,  которые  без  специальной  перезарядки  имеют  отрицательный  заряд,  осаждаются  на  положительно  заряженном,  нерастворимом,  аноде.  При  электрофлотации,  в  результате  электролиза  воды,  на  катоде  происходит  выделение  водорода,  на  аноде  кислорода.  Образующиеся  пузырьки  газов  при  взаимодействии  с  гидрофобными  поверхностями  загрязнений  образуют  флотоагрегаты,  которые  всплывают  и  концентрируются  в  поверхностном  слое. 

Основной  тенденцией  в  данной  области  является  использование  двухступенчатой  очистки  за  счет  разделения  катодной  и  анодной  камер  [5—7,  11,  12].  Очищаемая  жидкость  поступает  первоначально  в  анодную  камеру,  где  происходит  осаждение  нефтепродуктов  на  нерастворимом,  чаще  всего  пористом,  аноде  и  частично  их  укрупнение.  Для  удаления  укрупненных  комплексов  с  поверхности  анода  применяется  либо  периодическая  промывка  анодной  камеры  очищаемой  жидкостью  [12],  либо  аноды  расположены  под  наклоном  [5,  7]  и  комплексы  выносятся  набегающим  потоком  очищаемой  жидкости.  Далее  очищаемая  жидкость  поступает  в  катодную  камеру,  где  происходит  ее  флотация  пузырьками  водорода  на  поверхность  очищаемой  жидкости,  с  дальнейшим  удалением  через  специальные  патрубки  или  каналы.

В  некоторых  работах  первоначально  жидкость  поступает  в  катодную  камеру,  а  затем  в  анодную  [7].

Интенсификация  электрохимической  очистки  может  быть  достигнута  за  счет  использования  камеры  заполненной  каталитической  загрузкой,  состоящей  из  железа,  серы,  кремния  и  др.  веществ.  Катодная  и  анодная  камера  разделены  мембраной,  предназначенной  для  раздельного  сбора  кислорода  и  водорода,  при  этом  нефтепродукты  флотируются  пузырьками  водорода,  а  собранный  кислород  отводится  в  каталитическую  камеру,  где  за  счет  засыпки  проходит  усиленное  окисление  растворенных  в  воде  загрязнений.

Напорная  флотация

При  напорной  флотации,  широко  применяемой  на  тепловых  электростанциях,  обрабатываемую  воду  насыщают  газом  (воздухом)  путем  его  растворения.  Для  этого  в  поток  воды  обычно  перед  насосом  подают  воздух  (3—5  %  по  объему  воды),  который  перемешивается  с  водой  в  насосе;  полученная  смесь  сжимается  в  нем  и  подается  в  специальный  напорный  бак  (сатуратор),  где  в  течение  некоторого  времени  выдерживается  для  растворения  воздуха.  Далее  насыщенную  при  повышенном  давлении  жидкость  через  редуцирующий  клапан  направляют  в  бак  находящийся  под  атмосферным  давлением,  или  под  вакуумом,  где  за  счет  резкого  падения  давления  происходит  выделение  пузырьков  воздуха  с  дальнейшей  флотацией  ими  растворенных  нефтепродуктов.

Основной  областью  усовершенствования  напорной  флотации  является  способ  приготовление  газовоздушной  смеси.  Газонасыщение  можно  интенсифицировать  за  счет  мелкодисперсного  распыления  очищаемой  жидкости  при  давлении  выше  атмосферного,  что  позволяет  практически  мгновенно  насыщать  очищаемую  жидкость,  а  не  тратить  время  на  ее  насыщение  в  баке  (рис.  1).  При  этом  насыщению  может  подвергаться  жидкость  предварительно  прошедшая  ступень  вакуумной  очистки  [3]. 

Рисунок  1  Устройство  для  очистки  нефтесодержащих  и  сточных  вод  [3]

Кроме  этого,  за  рубежом  разрабатывается  большое  количество  устройств  [10,  13],  в  которых  подача  предварительно  насыщенной  при  избыточном  давлении  очищаемой  жидкости  осуществляется  в  нижнюю  часть  флотационной  камеры,  имеющей  ромбовидные  ограничители,  предназначенные  для  стабилизации  потока  пузырьков  и  частиц  (рис.  2).

Рисунок  2  Устройство  для  адсорбционного  разделения  пузырьками  [10]

Флотация  с  применением  коагулянтов.

Под  коагуляцией  следует  понимать  образование  в  коллоидных  системах  из  мелких  частиц  более  крупных  агрегатов,  легко  удаляемых  из  воды  механическими  или  физико-химическими  методами. 

При  коагуляции  очищаемую  жидкость  флотируют,  удаляя  из  нее  наиболее  загрязненные  вещества,  затем  производят  добавление  хлопьеобразующих  реагентов,  затем  повторно  флотируют  и  отстаивают  [4].  В  большинстве  работ  коагуляция  применяется  только  как  дополнительная  ступень  очистки  при  флотационном  или  механическом  разделении. 

На  сегодняшний  день  существует  большое  количество  как  отечественных,  так  и  зарубежных  работ,  в  которых  в  качестве  коагулянтов  применяются  химические  реагент  различного  состава  (титановые  и  алюмосодержащие  коагулянты).

Интенсифицировать  флотационное  извлечение  (в  том  числе  с  применением  коагуляции)  возможно  за  счет  использования  магнитного  поля.  В  работе  [1]  очистка  основана  на  смешении  нефтесодержащих  сточных  вод  с  магнитной  жидкостью  в  соотношении  1:0,0005.  После  интенсивного  перемешивания  смеси  капельки  магнитной  жидкости  растворяются  в  нефтезагрязнениях,  которые  становятся  слабомагнитными.  Полученную  эмульсию  пропускают  через  область  однородного  магнитного  поля,  которое  интенсифицирует  процесс  вытеснения  омагниченных  нефтепродуктов,  и  извлекают  магнитные  капли,  снижая  таким  образом  содержание  нефтепродуктов  в  воде  и  повышая  качество  очистки  смеси. 

В  работе  [8]  данный  способ  реализуется  за  счет  фильтрования  очищаемой  жидкости  через  гранулированный  ферромагнитный  материал,  находящийся  в  магнитном  поле,  причем  ферромагнитный  материал  образует  замкнутую  магнитную  цепь.  При  этом  магнитный  сепаратор  периодически  промывают  обратным  током  воды  при  отключенном  магнитном  поле.

Выводы

На  основе  проведенного  анализа  отечественных  и  зарубежных  работ  можно  выявить  следующие  тенденции  развития  устройств  очистки  нефтесодержащих  вод:

·В  области  электрофлотации  —  разделение  анодной  и  катодной  камеры;  интенсификация  удаления  осаждающихся  на  аноде  загрязнений;  использование  камер  с  катализирующей  загрузкой.

·При  напорной  флотации  —  насыщение  очищаемой  жидкости  распылением,  использование  стабилизаторов  потока  во  флотационной  камере.

·Использование  магнитного  поля  для  выделения  предварительно  омагниченных  частиц  нефтепродуктов. 

Данные  тенденции  могут  быть  полезны  при  проектировании  новых  устройств  и  совместных  схем  очистки  сточных  нефтесодержащих  вод. 

Список  литературы:

1.Боковикова  Т.Н.,  Степаненко  С.В.,  Капустянская  Ж.В.,  Марченко  Л.А.,  Двадненко  М.В.,  Привалова  Н.М.,  Ефименко  С.А.  Способ  очистки  нефтесодержащих  сточных  вод//  Патент  России  №  2333158.  2008.

2.ГН  2.1.5.689-98.  Предельно  допустимые  концентрации  (ПДК)  химических  веществ  в  воде  водных  объектов  хозяйственно-питьевого  и  культурно-бытового  водопользования.  М.:  Изд-во  стандартов,  1998.  —  36  с.

3.Еськин  А.А.,  Цыганкова  К.В.,  Захаров  Г.А.,  Морозов  Д.С.,  Ткач  Н.С.,  Тищенко  М.В.  Устройство  для  очистки  нефтесодержащих  и  сточных  вод//  Патент  России  №  2474538.  2013,  Бюл  №  4. 

4.Муляк  В.В.,  Хабибуллин  А.Р.,  Родак  В.П.,  Шишкина  С.В.  Способ  очистки  нефтесодержащих  пластовых  соленых  вод  до  питьевого  качества  с  использование  коагулянта  титанового//  Заявка  на  патент  России  №  2007135538.  2007.

5. Назаров  В.Д.,  Назаров  М.В.,  Хабибуллина  М.Р.  Устройство  электролитической  очистки  нефтесодержащих  вод//  Патент  России  №  2356849.  2009.

6.Назаров  В.Д.,  Назаров  М.В.,  Хабибуллина  М.Р.  Электрофлотатор  для  очистки  нефтесодержащих  вод//  Патент  России  №  2465214.  2012.

7.Назаров  В.Д.,  Назаров  М.В.,  Хабибуллина  М.Р.;  Устройство  электролитической  обработки  нефтесодержащих  вод//  Патент  России  №  2360869.  2009.

8.Назаров  В.Д.,  Назаров  М.В.  Способ  подготовки  пластовых  вод  для  системы  поддержания  пластового  давления  нефтяных  месторождений  и  устройство  для  его  осуществления//  Патент  России  №  2325330.  2008.

9.Стахов  Е.А.  Очистка  нефтесодержащих  сточных  вод  предприятий  хранения  и  транспорта  нефтепродуктов.  М.  —  Недра,  1983.  —  263  с.

10.Clayton  R.L.,  Falling  S.N.,  Kanel  J.S.,  Calvert  Churn  III  C.  Process  and  apparatus  for  adsorptive  bubble  separation  //  Pat.  United  States  №  8,251,228.  2008.

11.Hannu  L.S.  Method  and  apparatus  for  removing  impurities  from  waste  water  by  electroftotation//  Pat.  United  States  №  8,  211,  290.  2003.

12. Hu  D.  Method  and  apparatus  for  treating  wastewater  containing  emulsified  /,  Pat.  United  States  №  8,  723,  240.  2006.

13.Thorsen  L.,  Larsen  K.E.,  Muller  U.  Flotation  device  //  Pat.  United  States  №  8,  075,  770.  2008.